一、白炭黑對膠料工藝性能的影響

（1）膠料的混煉與分散

白炭黑由于比表面積很大，總趨向于二次聚集，加之在空氣中極易吸收水分，致使羥基間易產(chǎn)生很強(qiáng)的氫鍵締合，進(jìn)一步提高了顆粒間的凝聚力，所以白炭黑的混煉與分散要比炭黑困難得多，而且在多量配合時(shí)，還容易生成凝膠，使膠料硬化，混煉時(shí)生熱大。為獲得良好的分散，就要求初始混煉時(shí)，保持盡可能高的剪切力，以便使白炭黑的這些聚集體粒子盡可能被破壞，而又不致使橡膠分子鏈發(fā)生過多的機(jī)械降解。為此，白炭黑應(yīng)分批少量加入，以降低生熱。適當(dāng)提高混煉溫度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子間的凝聚力，有助于白炭黑在膠料中的分散。

（2）白炭黑補(bǔ)強(qiáng)硅膠混煉膠中的結(jié)構(gòu)控制;

白炭黑，特別是氣相法白炭黑是硅膠的補(bǔ)強(qiáng)劑，但有一個(gè)使混煉膠硬化的問題，一般稱為“結(jié)構(gòu)化效應(yīng)”。其結(jié)構(gòu)化隨膠料停放時(shí)間延長而增加，甚至嚴(yán)重到無法返煉、報(bào)廢的程度。對此有兩種解釋，一種認(rèn)為是硅膠端基與白炭黑表面羥基縮合；另一方面認(rèn)為硅膠硅氧鏈節(jié)與白炭黑表面羥基形成氫鍵。

防止結(jié)構(gòu)化有兩個(gè)途徑，其一是混煉時(shí)加入某些可以與白炭黑表面羥基發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，如羥基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。當(dāng)使用二苯基硅二醇時(shí)，混煉后應(yīng)在160~200℃下處理0.5~1h。這樣就可以防止白炭黑填充硅膠的結(jié)構(gòu)化。另一途徑是預(yù)先將白炭黑表面改性，先去掉部分表面羥基，從根本上消除結(jié)構(gòu)化。

白炭黑對膠料工藝性能的影響,白炭黑對硫化膠性能的影響

（3）膠料的門尼粘度

白炭黑生成凝膠的能力與炭黑不相上下，因此在混煉白炭黑時(shí)，膠料的門尼粘度提高，以致于惡化了加工性能，故在含白炭黑的膠料配方中軟化劑的選擇和用量很重要。在IIR中往往加入石蠟烴類、環(huán)烷烴類和芳香烴類，用量視白炭黑用量多少及門尼粘度大小而異，一般可達(dá)15-30%。在NR中，以植物性軟化劑如松香油、妥爾油等軟化效果，合成的軟化劑效果不大，礦物油的軟化效果。

（4）膠料的硫化速度

白炭黑粒子表面有大量的微孔，對硫化促進(jìn)劑有較強(qiáng)的吸附作用，因此明顯地遲延硫化。為了避免這種現(xiàn)象，一方面可適當(dāng)?shù)靥岣叽龠M(jìn)劑的用量；另一方面可采用活性劑，使活性劑優(yōu)先吸附在白炭黑表面，這樣就減少了它對促進(jìn)劑的吸附。

活性劑一般是含氮或含氧的胺類、醇類、醇胺類低分子化合物。對NR來說胺類更適合，如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亞甲基四胺等。對SBR來說，醇類更適合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。活性劑用量要根據(jù)白炭黑用量、PH值和橡膠品種而定，一般用量為白炭黑的

二、白炭黑對硫化膠性能的影響

白炭黑對各種橡膠都有十分顯著的補(bǔ)強(qiáng)作用，其中對硅膠的補(bǔ)強(qiáng)效果尤為突出。

①大多數(shù)促進(jìn)劑都是含有氨基，由于白炭黑的吸附作用以及與促進(jìn)劑的反應(yīng)，都會降低促進(jìn)劑參加硫化反應(yīng)的量。

②其本身呈酸性，不能活化大多數(shù)呈酸性的促進(jìn)劑;

③白炭黑可以和活化硫化的鋅離子反應(yīng)而降低鋅粒子的濃度。因此可以影響硫磺/促進(jìn)劑體系的硫化效果。同時(shí)由于本身具有酸性，可顯著降低過氧化物的交聯(lián)速度和效率。還會使 DCP 在硫化時(shí)有難聞的氣味。

白炭黑是一種補(bǔ)強(qiáng)效果僅次于相應(yīng)爐法炭黑的白色補(bǔ)強(qiáng)劑。含一定量白炭黑的硫化膠與相應(yīng)爐法炭黑（如HAF）補(bǔ)強(qiáng)的硫化膠相比，具有強(qiáng)度高、伸長率大，撕裂強(qiáng)度高、硬度高、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)。通常將炭黑和白炭黑并用，可以獲得較好的綜合性能。

白炭黑對膠料工藝性能的影響,白炭黑對硫化膠性能的影響

白炭黑對SIBR膠料性能的影響

SIBR具有NR,BR和SBR的結(jié)構(gòu)單元,集成了NR,BR和SBR性能的優(yōu)點(diǎn)。用SIBR作胎面膠主體材料,既可克服NR/BR/SBR共混膠微觀相分離的缺點(diǎn),又可解決胎面膠耐磨性能、抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力之間的矛盾,達(dá)到高性能輪胎對胎面膠性能的要求[3,4]。同時(shí),使用白炭黑也是降低輪胎滾動阻力的有效方法。為促進(jìn)SIBR在高性能輪胎中的應(yīng)用,本工作研究白炭黑等量替代炭黑對SIBR膠料性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1·1　主要原材料

SIBR,St/Ip/Bd質(zhì)量比為25/40/35,門尼粘度[ML(1+4)100℃]為78,北京燕山石油化工公司研究院中試產(chǎn)品;炭黑N375,天津海豚炭黑有限公司產(chǎn)品;易分散白炭黑,牌號Z 1165 MP,青島羅地亞白炭黑有限公司產(chǎn)品。

1·2　膠料配方

SIBR　100,氧化鋅　4,硬脂酸　2,軟化劑8,防老劑　3.5,硫黃　1.5,炭黑N375、白炭黑、偶聯(lián)劑Si69、促進(jìn)劑NS　變量(見表1,其中

炭黑N375和白炭黑總用量為70份),其它　2.2。

1·3　試樣制備

1#配方膠料采用常規(guī)二段混煉工藝混煉。一段混煉在1.57 L本伯里密煉機(jī)(英國FarrelBridge公司產(chǎn)品)中進(jìn)行,加料順序?yàn)?SIBR→小料→白炭黑→炭黑→軟化劑;二段混煉加入硫黃和促進(jìn)劑,在XK-160A型開煉機(jī)(上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品)上進(jìn)行。

2#~6#配方膠料采用三段混煉工藝混煉。一段和二段混煉在1.57 L本伯里密煉機(jī)中進(jìn)行,一段混煉加入SIBR、白炭黑和炭黑,二段混煉加入小料和軟化劑;三段混煉加入硫黃和促進(jìn)劑,在XK-160A型開煉機(jī)上進(jìn)行。

硫化在平板硫化機(jī)上進(jìn)行,硫化條件為150℃×t90。

1·4　性能測試

(1)門尼粘度和門尼松弛試驗(yàn)在M200E型門尼粘度試驗(yàn)儀(北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品)上進(jìn)行。門尼松弛試驗(yàn)條件為:溫度　100℃,松弛時(shí)間　120 s。

(2)滾動損失在登錄普旋轉(zhuǎn)功率損失儀上測試。

(3)耐磨性能試驗(yàn)在LAT100型磨耗試驗(yàn)機(jī)(荷蘭VMI公司產(chǎn)品)上進(jìn)行。

(4)動態(tài)力學(xué)分析(DMA)在DTMA-Ⅳ型動態(tài)粘彈譜儀(美國Rheometric ScientificTM公司產(chǎn)品)上進(jìn)行。測試條件為:頻率　10 Hz,應(yīng)變　0.5%,溫度　-80~+100℃,升溫速率　2℃·min-1。

(5)其它性能按相應(yīng)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。

白炭黑對膠料工藝性能的影響,白炭黑對硫化膠性能的影響

2　結(jié)果與討論

2.1　白炭黑等量替代炭黑對混煉膠性能的影響

(1)門尼粘度和門尼松弛

門尼粘度和門尼松弛反映膠料的加工性能。門尼粘度小及門尼松弛時(shí)間(t70,t80和t90)短、應(yīng)力松弛面積A(由截距k和斜率a計(jì)算得出)小,膠料的加工性能好。白炭黑等量替代炭黑對混煉膠門尼粘度和門尼松弛的影響見表2。從表2可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑的混煉膠門尼粘度稍有增大,門尼松弛時(shí)間t70和t80不變,t90稍有延長;白炭黑部分替代炭黑的混煉膠A稍有增大,完全替代炭黑的混煉膠A顯著增大,這表明白炭黑等量替代炭黑,尤其是完全替代炭黑的膠料加工性能變差。

白炭黑等量替代炭黑對混煉膠門尼焦燒和硫化特性的影響見表3。從表3可以看出,白炭黑等量替代炭黑后,隨著白炭黑用量的增大,混煉膠的門尼焦燒特性時(shí)間t5和t35及硫化時(shí)間t90延長,這是因?yàn)榘滋亢诹Ｗ有?、比表面積大,會吸附

膠料中的促進(jìn)劑,使膠料的硫化速度下降。因此,在配方設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)白炭黑用量變化調(diào)整促進(jìn)劑用量,避免膠料硫化速度過低。

2·2　白炭黑等量替代炭黑對硫化膠性能的影響

2·2·1　物理性能

白炭黑等量替代炭黑對硫化膠物理性能的影響如圖1~5和表4所示。從圖1~5可以看出,隨著白炭黑用量的增大,硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷

伸長率和定伸應(yīng)力先增大,在白炭黑用量為25,40和10份左右分別達(dá)到值,其后減小;硬度略有降低;撕裂強(qiáng)度顯著增大,在白炭黑用量超過50份后趨于穩(wěn)定;回彈值先增大,壓縮

溫升和滾動損失先降低,在白炭黑用量為15~50份時(shí)變化不大,白炭黑完全替代炭黑后,回彈值增幅及壓縮溫升和滾動損失降幅較大。

從表4可以看出,全白炭黑硫化膠的耐磨性能優(yōu)異;白炭黑用量為20和30份的硫化膠耐磨性能也較好,這可能是易分散白炭黑在膠料中的分散性較好,與橡膠之間作用強(qiáng)的緣故。

2·2·2　動態(tài)力學(xué)性能

硫化膠的DMA譜如圖6所示,0和60℃時(shí)的tanδ值如表5所示。從圖6和表5可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化膠的玻璃化溫度向高溫方向偏移,0℃時(shí)的tanδ值增大,60℃時(shí)的tanδ值減小,且白炭黑用量越大,60℃時(shí)

的tanδ值越小,這與滾動損失變化趨勢吻合。這表明,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化膠的抗?jié)窕蕴岣?滾動阻力減小。

3　結(jié)論

(1)白炭黑部分和完全替代炭黑,SIBR硫化膠的耐磨性能總體改善,0℃時(shí)的tanδ值增大,60℃時(shí)的tanδ值減小,且白炭黑用量越大,60℃時(shí)的tanδ值越小。

(2)用20~30份白炭黑等量替代炭黑,可獲得加工性能、綜合物理性能、耐磨性能、抗?jié)窕阅芎煤蜐L動阻力小的SIBR胎面膠。

(3)硅膠廚具生產(chǎn)廠家偉順硅膠針對白炭黑對膠料工藝性能的影響和白炭黑對硫化膠性能的影響的分析整理如上，如果還有其他相關(guān)問題可以直接咨詢我們：400-0769-878

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