陳 宏1,李花婷1,李煒東1,馬維德1,張新軍1,于國柱2(1.北京橡膠工業研究設計院,北京 100039;2.北京燕山石油化工公司研究院,北京 102250)摘要:研究白炭黑等量替代炭黑對集成橡膠(SIBR)膠料性能的影響。結果表明,白炭黑部分和完全替代炭黑,SI-BR硫化膠的耐磨性能改善,0℃時的tanδ值增大,60℃時的tanδ值減小。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、抗濕滑性能好和滾動阻力小的SIBR胎面膠。
關鍵詞:集成橡膠;白炭黑;炭黑;胎面膠
中圖分類號:TQ333·99;TQ330·38+3文獻標識碼:B文章編號:1006-8171(2005)03-0148-04
集成橡膠(SIBR)是以苯乙烯(St)、異戊二烯(Ip)和丁二烯(Bd)單體為原料,通過分子設計、控制聚合物化學組成和微觀結構合成的[1],是鋰系橡膠重要的改性型產品[2]。
SIBR具有NR,BR和SBR的結構單元,集成了NR,BR和SBR性能的優點。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,又可解決胎面膠耐磨性能、抗濕滑性能和滾動阻力之間的矛盾,達到高性能輪胎對胎面膠性能的要求[3,4]。同時,使用白炭黑也是降低輪胎滾動阻力的有效方法。為促進SIBR在高性能輪胎中的應用,本工作研究白炭黑等量替代炭黑對SIBR膠料性能的影響。
1 實驗
1·1 主要原材料
SIBR,St/Ip/Bd質量比為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品;炭黑N375,天津海豚炭黑有限公司產品;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、偶聯劑Si69、促進劑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#配方膠料采用常規二段混煉工藝混煉。一段混煉在1.57 L本伯里密煉機(英國FarrelBridge公司產品)中進行,加料順序為:SIBR→小料→白炭黑→炭黑→軟化劑;二段混煉加入硫黃和促進劑,在XK-160A型開煉機(上海橡膠機械廠產品)上進行。
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本伯里密煉機中進行,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劑,在XK-160A型開煉機上進行。硫化在平板硫化機上進行,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在M200E型門尼粘度試驗儀(北京友深電子儀器有限公司產品)上進行。門尼松弛試驗條件為:溫度 100℃,松弛時間 120 s。
(2)滾動損失在登錄普旋轉功率損失儀上測試。
(3)耐磨性能試驗在LAT100型磨耗試驗機(荷蘭VMI公司產品)上進行。
(4)動態力學分析(DMA)在DTMA-Ⅳ型動態粘彈譜儀(美國Rheometric ScientificTM公司產品)上進行。測試條件為:頻率 10 Hz,應變 0.5%,溫度 -80~+100℃,升溫速率 2℃·min-1。
(5)其它性能按相應國家或行業標準測試。
2 結果與討論
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間(t70,t80和t90)短、應力松弛面積A(由截距k和斜率a計算得出)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間t5和t35及硫化時間t90延長,這是因為白炭黑粒子小、比表面積大,會吸附膠料中的促進劑,使膠料的硫化速度下降。因此,在配方設計時,應根據白炭黑用量變化調整促進劑用量,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,硫化膠的拉伸強度、拉斷伸長率和100%定伸應力先增大,在白炭黑用量為25,40和10份左右分別達到最大值,其后減小;硬度略有降低;撕裂強度顯著增大,在白炭黑用量超過50份后趨于穩定;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,與橡膠之間作用強的緣故。
2·2·2 動態力學性能
硫化膠的DMA譜如圖6所示,0和60℃時的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℃時的tanδ值增大,60℃時的tanδ值減小,且白炭黑用量越大,60℃時的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,硫化膠的抗濕滑性提高,滾動阻力減小。
3 結論
(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℃時的tanδ值增大,60℃時的tanδ值減小,且白炭黑用量越大,60℃時的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、抗濕滑性能好和滾動阻力小的SIBR胎面膠。
