新型炭黑D11在低滾動阻力輪胎胎面膠中的應用

彭俊彪

（雙錢集團上海輪胎研究所有限公司，上海 200245）

為了提高輪胎胎面膠的耐久性能，美國卡博特公司開發(fā)了商品名為Propel D11的炭黑（簡稱炭黑D11）。該炭黑的比表面積大，補強性能高，用于輪胎胎面膠可提高其抗切割性能、抗撕裂性能及耐磨性能，延長輪胎使用壽命。卡博特實驗室測試結果表明，在相同的條件下，使用炭黑D11的天然橡膠（NR）膠料的耐磨性能比使用炭黑Vulcan 10H的膠料提高10%。炭黑D11主要用于卡客車輪胎和越野車輪胎胎面膠，也可以用于對耐久性能要求特別高的乘用車輪胎和輕型卡車輪胎胎 面膠。

本工作主要研究炭黑D11等量替代炭黑N375對低滾動阻力輪胎胎面膠性能的影響，以期為輪胎企業(yè)開發(fā)耐久性能更高的低滾動阻力輪胎提供一種可選方案。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，RSS3，泰國產品；炭黑N375和炭黑D11，上?？ú┨鼗び邢薰井a品。

1.2 試驗配方

NR 100，炭黑D11或N375 48，氧化鋅 4，硬脂酸 2，防老劑 2，硫黃/促進劑 2，其他 2。

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，廣東省湛江機械廠產品；BB430型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；11D型密煉機，美國法雷爾公司產品；QLBD型平板硫化機，湖州橡膠機械廠產品；MDR2000型硫化儀和MV2000E型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；H10KS型電子拉力機，美國Hounsfield公司產品；LAT100型室內磨耗試驗機，荷蘭VMI公司產品；GT-RH2000型壓縮生熱試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；Diammd DNNA型動態(tài)力學分析儀，美國PE公司產品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗膠料在開煉機上按常規(guī)工藝進行混煉：先加入生膠，后加入炭黑，再依次加入各種小料，最后加入硫黃和促進劑，混煉均勻后薄通6次，下片備用。

大配合試驗膠料采用兩段混煉工藝在密煉機中進行混煉。一段混煉密煉機轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：先加入生膠，后加入炭黑，再依次加入各種小料，混煉均勻，160 ℃排膠。二段混煉密煉機轉子轉速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠混煉30 s，加硫黃和促進劑，混煉均勻，110 ℃排膠。

1.5 性能測試

（1）膠料拉伸性能測試按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》進行，拉伸速率為50 mm·min-1。

（2）膠料磨耗性能采用室內磨耗試驗機進行測試，測試條件為：負荷 50 N，轉速 10 km·h-1， 傾角 7°，里程 2 km。

（3）膠料壓縮疲勞性能采用壓縮生熱試驗機進行測試，圓柱體試樣高度為25 mm，直徑為18 mm，測試條件為溫度 55 ℃，負荷 1 MPa，沖程 4.45 mm，頻率 30 Hz。

（4）膠料動態(tài)力學性能采用動態(tài)力學性能分析儀進行測試，試樣尺寸為10 mm×4 mm×2 mm，測試條件為溫度 0～80 ℃，升溫速率 3 ℃·min-1，最大動態(tài)負荷 2 N，最大振幅 120 μm，頻率 10 Hz，采用雙懸臂梁形變模式。

（5）膠料其他性能按照相應國家標準進行 測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

炭黑D11的理化性能如表1所示。從表1可以看出，炭黑D11的吸碘值、壓縮樣DBP吸收值、氮吸附比表面積和統(tǒng)計吸附比表面積遠大于炭黑N375，說明炭黑D11粒徑小，結構度高。

表1 炭黑D11的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性如表2所示。從表2可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，膠料的門尼粘度增大，門尼焦燒時間延長，F(xiàn)L和Fmax略有提高，t10和t90略有延長。

2.2.2 物理性能

小配合試驗膠料的物理性能如表3所示。從表3可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，膠料的定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度提高，耐磨性能提高22%。這說明炭黑D11對橡膠的補強作用更強，使用炭黑D11可以改善膠料的物理性能。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性

表3 小配合試驗膠料的物理性能

2.2.3 壓縮疲勞溫升和動態(tài)力學性能

小配合試驗膠料的壓縮疲勞溫升和動態(tài)力學性能如表4所示。從表4可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，膠料的壓縮疲勞溫升略有升高，tanδ增大，這說明膠料的抗?jié)窕阅芴岣撸瑵L動阻力有所增大。分析原因，與炭黑N375相比，炭黑D11的吸碘值大，比表面積大，粒徑小，而填料粒徑越小，分散越難，膠料的生熱越高，因此炭黑D11膠料的生熱和滾動阻力比炭黑N375膠料高。

表4 小配合試驗膠料的壓縮疲勞溫升和動態(tài)力學性能

2.3 大配合試驗

2.3.1 硫化特性

大配合試驗膠料的硫化特性如表5所示。從表5可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，膠料的門尼粘度增大，門尼焦燒時間延長，F(xiàn)L和Fmax略有提高，t10和t90延長，這與小配合試驗結果 一致。

表5 大配合試驗膠料的硫化特性

2.3.2 物理性能

大配合試驗膠料的物理性能如表6所示。從表6可以看出，采用炭黑D11等量替代炭黑N375，膠料的100%定伸應力、300%定伸應力、拉斷伸長率和拉伸強度提高，撕裂強度大幅提高，耐磨性能提高25%，這與小配合試驗結果基本一致。

2.3.3 壓縮疲勞溫升和動態(tài)力學性能

大配合試驗膠料的壓縮疲勞溫升和動態(tài)力學性能如表7所示。從表7可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，膠料的壓縮疲勞溫升升高，tanδ增大，這與小配合試驗結果一致。

表6 大配合試驗膠料的物理性能

表7 大配合試驗膠料的壓縮疲勞溫升和動態(tài)力學性能

3 結論

（1）炭黑D11等量替代炭黑N375用于低滾動阻力輪胎胎面膠，膠料的耐磨性能和撕裂強度大幅提高，定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率提高。

（2）與炭黑N375膠料相比，炭黑D11膠料的抗?jié)窕阅芴岣?，但壓縮疲勞溫升升高，滾動阻力有所升高。在可以犧牲一定滾動阻力的胎面膠中可以添加炭黑D11以提高其耐磨性能和撕裂 強度。