① 陳新中 ②陳嘉璇 ①蔡強 孟巧玲(① 山東耐斯特炭黑有限公司，②山東濰坊學院化工學院)
一. 前言
NC8515炭黑是一種高結構中等比表面積和粒徑的高耐磨炭黑，它能賦予橡膠更好的耐磨性能和較低的生熱性，其耐磨性能與N234相當，但其生熱性與N351相當，是一種可以取代N234炭黑，但性能優于N234炭黑的新炭黑品種，主要應用于全鋼子午線輪胎和半鋼子午線輪胎的胎面、需要高耐磨及低生熱的傳送帶、輸送帶行業。本文主要從橡膠基本配方研究NC8515炭黑的性能，并采用半鋼子午線輪胎的實驗配方進行論證，從而研究此炭黑品種的性能及對橡膠性能的影響。
二、 實驗部分
１. 實驗所需材料：
天然橡膠：泰國1#煙片膠
氧化鋅：天津科密歐化學試劑有限公司生產
硬酯酸：國藥集團化學試劑有限公司
硫磺粉：山東單縣尚舜化工有限公司
促進劑DZ：山東單縣尚舜化工有限公司
N234炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品
N134炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品
NC8515炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品
N375炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品
２. 實驗所需儀器
拉力機：上海嘉杰試驗儀器有限公司生產
DIN磨耗機：臺灣高鐵實驗儀器公司生產
阿克隆磨耗機：臺灣高鐵實驗儀器公司生產
氮吸附比表面積分析儀：美國麥克公司產品
吸油計：德國布拉本特公司產品
壓縮吸油機：中橡炭黑工業設計研究院生產
萬分之一天平：梅特勒.托利多
紅外水份測定儀：梅特勒. 托利多
著色強度儀：美國HunterAlab產品
硫化機：上海化機廠
煉膠機：上海化機廠
烘箱：上海化機廠
振蕩機：上海化機廠
門尼硫變儀：阿爾法特公司生產
老化箱：臺灣高鐵實驗儀器公司
３. 實驗標準配方及實驗條件如下
實驗1以橡膠標準配方作為依據，通過對比NC8515、N134、N234、N375炭黑及其混煉膠的拉伸強度、拉斷伸長率、100%定伸應力、300%定伸應力和DIN磨耗數據，分析對比NC8515炭黑與N134、N234及N375炭黑對橡膠性能的影響，來評價NC8515炭黑的優缺點;實驗2采用半鋼子午線輪胎工業配方，在實驗室進行小配合實驗，研究NC8515炭黑應用于胎面膠配方中性能。
二. 實驗結果討論
1. 各品種炭黑的分析數據
按照炭黑的分析方法對表征炭黑性能的幾個指標進行了分析，分析結果如表1.
小結：由上表可以看出，相對于N134和N234炭黑來說，NC8515炭黑的粒徑較大，比表面積較低，結構較高，但相對于N375來說，NC8515炭黑的粒徑與N375相當，結構更高。在表面殘油方面，NC8515表面的殘油較多，其表面活性較強。
2. 橡膠標準配方實驗物性分析
研究輪胎標準配方中各炭黑對膠料性能的影響，我們分析了膠料的拉伸強度、扯斷伸長率、100%定伸應力、300%定伸應力、膠料比重、DIN磨耗指數，其分析結果如表2.
小結：
Ⅰ. NC8515因其具有較高的100%定伸應力和300%定伸應力，因此其拉斷伸長率較低，
Ⅱ. NC8515的300%定伸和100%定伸應力在此四種炭黑中最高，其DIN磨耗指數也最高，因此DIN磨耗與膠料的定伸應力具有正相關性。
Ⅲ. DIN磨耗指數與膠料的拉伸強度相關性不強
Ⅳ. DIN磨耗指數越高，耐磨性越好。
3. 工業配方小配合實驗數據討論
工業配方的小配合實驗我們在相關的配方及工藝條件下，用等量的NC8515炭黑替代N234炭黑，分析兩種炭黑的混煉膠及丈母化膠的門尼、硫變、焦燒、老化性能，耐撕裂性能、變形及磨耗指數，對比性能的變化，為工業化實驗尋求替代依據。
3.1 兩種硫化條件下硫變儀測量數據對比
小結：表3.表4可以看出，硫變性能中ML、MH兩種炭黑沒有明顯差異，硫化時間方面兩種炭黑相差不大，表征正硫化時間的T90雖有差異，但差異在可以接受的范圍內。
3.2 研究兩種炭黑補強的膠料門尼及焦燒，其數據列于表5
由上表可以看出：用N234炭黑填充的膠料門尼粘度比用NC8515炭黑填充的膠料高2度，焦燒時間是用NC8515炭黑填充的膠料更長，加工安全性更佳。
3.3 研究在1500C條件下硫化不同時間，兩種不同炭黑的小配合實驗，膠料的各項物理性能對比如表6、表7、表8。
由上表可以看出：對應于NC8515炭黑填充的硫化膠和N234炭黑填充的硫化膠，膠料的硬度N234炭黑填充的硫化膠老化前高4度，老化后相當，老化前后兩種炭黑填充的硫化膠拉伸強度和定伸應力無明顯變化撕裂強度也未見明顯變化，但用NC8515填充的硫化膠的永久變形老化前后均優于用N234炭黑填充的硫化膠。
小結：由上表可以看出，在硫化溫度為150℃，硫化時間為18min時分析兩種炭黑填充的硫化膠老化前后性能，膠料的硬度N234炭黑填充的硫化膠比NC8515炭黑填充的硫化膠均高2-3;老化前后的拉伸強度、伸長率及100%定伸應力、200%定伸應力和300%定伸應力均無明顯變化;撕裂強度表現一致，永久變形及磨耗量、DIN磨耗指數相當，表明兩種炭黑的耐磨性相當，壓縮生熱方面，用NC8515炭黑填充的硫化膠壓縮溫升老化前后均比N234炭黑填充的硫化膠低50C，表明此種炭黑的耐磨性優異，生熱降低。
小結：由上表可以看出，在硫化溫度為150℃，硫化時間為30min時，分析兩種炭黑填充的硫化膠老化前后性能，膠料的硬度老化后具有上升趨勢，拉伸強度老化后比老化前略有下降，同時NC8515炭黑填充的硫化膠拉伸強度比N234炭黑填充的硫化膠拉伸強度老化前后均低約1.0Mpa ，伸長率兩種膠料差異不明顯，但老化前后夾擊比老化前均有明顯下降，定伸應力兩種膠料無明顯差距，永久變形方面，用NC8515炭黑填充的膠料明顯低于用N234炭黑填充的膠料，主要原因應該是NC8515炭黑的高結構所致，撕裂強度方面兩種硫化膠無明顯差異。
三．實驗結論
1. NC8515炭黑化學性能類似于N300系炭黑，其粒徑類似于N375，結構類似于N343，是一種高結構中等經表面積的非標準炭黑。
2. 對比用橡膠的標準配方混煉的膠料性能，用NC8515炭黑填充的膠料與N134、N234、N375炭黑填充的膠料，在100%定伸應力和300%定伸應力上均明顯偏高，相差約1Mpa，伸長率略低，但DIN耐磨指數方面，NC8515炭黑最高，與N134炭黑相近，明顯高于N234炭黑和N375炭黑，此應該與該炭黑具有較高的結構和高的定伸應力有關。
3. 對比工業化小配合實驗配方，用NC8515炭黑填充的膠料與N234炭黑填充的膠料性能，硫化時間為11min和30min，老化前后表現的趨勢相同，兩種膠料的性能沒有明顯差異，但在永久變形方面，NC8515填充的膠料明顯好于N234炭黑填充的膠料，主主要取決于NC8515炭黑較高的結構，其膠料的彈性好，變形低，在壓縮溫升方面，用NC8515填充的膠料老化前后壓縮溫升明顯低于用N234炭黑填充的膠料，平均降低幅度達到50C，表明NC8515炭黑的壓縮生熱低，但DIN磨耗兩者的膠料表現相當。
4. 綜上所述：NC8515炭黑在工業化配方中完全可以等量替代N234炭黑，且其膠料的性能得到了很大提高，不僅其耐磨性相當，其壓縮生熱明顯降低，這是目前輪胎行業追求的目標。
