海藤博幸著　鐘　瑩摘譯　劉登祥校

消費者重視汽車輪胎實用性的價值意識 日益增強,適應地球溫暖化的越發嚴格的環 境制度也就顯得更加重要。因此,不僅要開 發可降低汽車油耗的輪胎,而且要在生產時盡可能不以石油資源為原料,且要求輪胎易 于再生利用。這種新一代輪胎應具有以下3 個特點:

(1)低油耗,即作為行駛中能量損失原因的滾動阻力要小。

(2)高抓著力,即在濕路面及冰雪路面上的摩擦力要大。

(3)低公害,即減少使用會產生二氧化碳的石油資源。

填充白炭黑替代以往使用炭黑的輪胎可滿足上述要求,近年來備受矚目。

1　填充白炭黑的輪胎

填充白炭黑的輪胎與以往填充炭黑的輪胎相比,具有以下優點:

(1)在濕路面上的摩擦力(濕抓著力)大, 滾動阻力小。即同時滿足了高抓著力和低油 耗這兩個要求。

(2)橡膠硬度隨溫度的變化小。也就是 說,盡管輪胎的使用溫度發生變化,但其性能 不易改變。以非鑲釘輪胎為例,即使是在低 溫下輪胎也不易變硬,因而提高了在冰雪路面上的摩擦力。

基于上述原因,最近各公司均開始銷售 填充了白炭黑的輪胎。特別是在環境意識較 強的歐洲,這種輪胎作為節省燃料費和石油 資源的商品而十分暢銷。日本各廠家正著眼于它的高抓著性能,并開始在高性能輪胎中 使用白炭黑。橫濱橡膠公司已在一部分輪胎 中使用了白炭黑。

然而填充白炭黑的膠料也存在一些缺 點,特別是在制造工藝中,白炭黑很難與橡膠 混合。一旦膠料中出現了白炭黑不良分散 塊,就會導致膠料強度降低、輪胎易磨損等問題。填充白炭黑的主要缺點有:

(1)由于白炭黑的自身凝聚力較強,因此 很難均勻分散到橡膠中。而且由于未硫化膠 的粘合強度提高,導致擠出、壓延等加工性能 下降。

(2)為了使白炭黑能與橡膠有機結合,必 須采用硅烷偶聯劑。而硅烷偶聯劑具有硫化 作用,因此必須特別注意加工溫度。另外硅 烷偶聯劑本身的價格較高,會引起材料成本的增加。

(3)白炭黑吸附硫化促進劑等橡膠助劑, 并使其效果降低,從而延長了硫化時間。為 此就要增大硫化促進劑的用量,這也是成本 增加的原因。

(4)填充白炭黑的膠料與填充炭黑的膠 料相比,其耐磨性能較差。因此,用白炭黑等 量替代炭黑時,還必須通過其它配合技術來 提高耐磨性能。

隨著白炭黑用量的增大,其改進效果也 相應提高。但是由于它具有上述缺點,很難 大量填充,特別是它加工困難,以及硅烷偶聯 劑價格較高等原因,目前只能用于一部分高價格的輪胎之中。

2　新型加工助劑Zeruma

為了普及填充白炭黑的輪胎,橫濱橡膠 公司對白炭黑的加工性能進行了改進,并成 功地開發出一種具有全新化學結構的加工助 劑Zeruma(正在申請商標注冊)。通過添加這種助劑,白炭黑將很容易地分散到橡膠中, 從而提高膠料性能,而且還可降低輪胎的制 造成本。因此這種填充了白炭黑的高性能輪 胎將有望得到普及。

Zeruma是通過潤滑作用及防止橡膠助 劑失效作用來改進未硫化膠的加工性能,而 且由于白炭黑分散性能的改善及與橡膠親合 性的提高,使硫化膠的性能也得到了改善。

Zeruma是液態加工助劑,為了使其能很 容易地與白炭黑和橡膠結合,在其線形分子 中引入了大量的與白炭黑和橡膠具有親合性 的取代基。它不必采用特殊材料,而只用簡單裝置合成即可。在合成工藝中不使用有機 溶劑,也不會產生對環境有害的物質。

Zeruma通常是在白炭黑與橡膠混合時 加入,但也可預先用Zeruma對白炭黑進行表 面處理。在輪胎制造工藝中,于密煉機中混 合白炭黑時也可同時添加Zeruma,這與以往的炭黑混合工藝沒有多大區別。

3　Zeruma的使用效果

白炭黑和橡膠就像水和油一樣,很難混 合,而Zeruma則具有使它們混合的界面活性 劑作用。由于白炭黑表面極性較高,很容易 與水溶合,一散落到水面就迅速潤濕并沉入水底,而經Zeruma進行過表面處理的白炭黑 則不會被水沾濕,而一直浮在水面上。因此 在橡膠中填充白炭黑時加入Zeruma,可改變 白炭黑的表面性質,使其易與橡膠混合,并均勻分散到橡膠中。

白炭黑的極性很高,在橡膠中聚集并形 成結構膠,使橡膠的粘度增大。當Zeruma包 覆于白炭黑表面后,白炭黑的極性降低,且難 以聚集,導致橡膠粘度下降,使未硫化膠易于加工。

另外,由于白炭黑會吸附橡膠助劑并導 致其活性降低,從而使硫化反應等出現各種 問題。Zeruma可以防止這些問題的發生,使 硫化等順利進行,并且延長填充白炭黑膠料的焦燒時間,縮短硫化時間。而且由于可以 防止硅烷偶聯劑活性降低,因此即使將填充 量減少到原來的一半以下,也可達到同樣的 膠料性能,有利于降低成本。

       Zeruma不僅可以改善未硫化膠的加工 性能,而且還能提高硫化膠的性能。因此,添 加Zeruma的膠料用作輪胎胎面膠是非常適 宜的。

一旦膠料不均勻,存在白炭黑的不良分 散塊,硫化膠在承受反復變形時會產生滯后 損失,并使輪胎的滾動阻力增大。不良分散 塊是產生破壞的起點,也會使橡膠強度及耐磨性能等降低。由于Zeruma可以使白炭黑 均勻分散,從而降低車輛行駛所需的燃料費, 延長輪胎的使用壽命。加工性能低是制造上 的缺點,而耐磨性能差則是商品性能上的缺點,因此,用Zeruma改進白炭黑具有重大的 意義。

由于Zeruma具有特殊的增塑效果,使橡 膠變得柔軟,從而可提高對路面的抓著能力。 另外,由于橡膠硬度對溫度的依賴程度下降, 因此即使路面溫度變化,輪胎性能也基本保持不變。

4　在輪胎中的應用

綜上所述,在填充白炭黑的膠料中添加 助劑Zeruma,可以保持填充白炭黑的優點, 彌補其缺點,因此將它用于輪胎中。眾所周 知,為了提高輪胎在冬季冰雪路面上行駛的摩擦力,要求胎面膠即使在低溫下也應具備 柔軟的性質。在填充白炭黑的膠料中添加 Zeruma,即使在低溫下橡膠也不易變硬,顯 示了非鑲釘輪胎所需要的理想的橡膠特性。

通過在冰雪路面上進行實際行駛試驗, 證明可以獲得較高的抓著力。因此,我們在 1 996年7月發表的GuardexK2F700型輪胎 中采用了Zeruma。這是橫濱橡膠公司繼非鑲釘輪胎之后,進一步將Zeruma推廣應用于 各種輪胎中,希望今后只限用于一部分輪胎 的白炭黑能得到普及。