高結(jié)構(gòu)炭黑NC8515在全鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

陳新中，柳云點(diǎn)，丁利虎，劉明燕，孫魯光，唐俊萍

（1.山東耐斯特炭黑有限公司，山東 東營 257506；2.山東萬達(dá)寶通輪胎有限公司，山東 東營 257506）

近年來，人們對低能耗和低滾動阻力輪胎的需求不斷增大。鑒于國家加強(qiáng)對汽車超載超速的限制，汽車企業(yè)對輪胎的耐磨性能、抗?jié)窕阅芎蜕鸁嵝阅芤苍絹碓街匾昜1-4]。

本工作研究炭黑對輪胎“魔三角”性能的影響，通過改善炭黑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大聚集體粒徑分布和增大炭黑粒徑等研究炭黑對輪胎胎面膠性能的影響[5-6]。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），1#標(biāo)準(zhǔn)膠，泰國進(jìn)口產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號9000，萬達(dá)石化有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品；炭黑N234和NC8515，山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品；防老劑4020、防老劑RD、防護(hù)蠟和增塑劑A，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；氧化鋅、硫黃、防焦劑CTP和促進(jìn)劑TBBS，寧波艾克姆新材料有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 70，BR 20，SBR 10，炭 黑N234 55，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，防老劑4020 1.5，防老劑RD 1.5，防護(hù)蠟 1，增塑劑A 3，防焦劑CTP 0.3，硫黃 1.5，促進(jìn)劑TBBS 0.8。

試驗配方：采用高結(jié)構(gòu)炭黑NC8515等量替代炭黑N234，其余組分和用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠有限公司產(chǎn)品；XSM-500型密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；HS100T-RTMO型全自動平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技（深圳）有限公司產(chǎn)品；BL-90Plus型炭黑粒徑分析儀，美國布魯克海文儀器公司產(chǎn)品；MZ-4016B型門尼粘度計和MZ-4065型橡膠回彈試驗機(jī)，江蘇明珠試驗機(jī)械有限公司產(chǎn) 品；GT-M3000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀、GT-GS-MB型邵氏硬度計、GT-7017-E型熱空氣老化試驗機(jī)、GT-RH-2000型橡膠壓縮生熱試驗機(jī)、GT-7011-DLH型硫化橡膠高低溫屈撓試驗機(jī)和AI-3000型拉力試驗機(jī)，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；Q800型動態(tài)熱機(jī)械分析儀（DMA），美國TA儀器公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，初始溫度設(shè)置為50 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)置為77 r·min-1。混煉工藝：NR→壓壓砣混煉30 s→提壓砣→促進(jìn)劑TBBS→壓壓砣混煉30 s→提壓砣→硬脂酸→壓壓砣混煉60 s→提壓砣→氧化鋅和1/2炭黑→壓壓砣混煉60 s→提壓砣→剩余炭黑→壓壓砣混煉90 s→提壓砣→硫黃→壓壓砣混煉90 s→提壓砣→清掃→壓壓砣混煉60 s→排膠。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，初始輥距調(diào)整為0.6 mm，左右各割刀3次，打三角包6遍，將開煉機(jī)的輥距調(diào)整為2 mm，下片。

終煉膠在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為145℃/10 MPa×30 min。

1.5 性能測試

硫化特性按GB/T 16584—1996進(jìn)行測試，測試溫度為150 ℃；密度按GB/T 533—2008進(jìn)行測試；硬度按GB/T 531.1—2008進(jìn)行測試；拉伸強(qiáng)度按GB/T 528—2009進(jìn)行，試樣為啞鈴形，拉伸速率為500 mm·min-1；壓縮生熱及壓縮永久變形按GB/T 7759.1—2015進(jìn)行測試，先測量試樣厚度，選擇合適的壓縮模板，然后將老化箱溫度調(diào)整到70 ℃，時間為48 h；回彈值按GB/T 1681—2009進(jìn)行測試；撕裂強(qiáng)度按GB/T 529—2008進(jìn)行測試，試樣為直角形，拉伸速率為500 mm·min-1；DIN磨耗量按GB/T 9867—2008進(jìn)行測試，取3個試樣的平均值；DMA測試條件為應(yīng)變 0.25%，頻率 10 Hz，升溫速率 3 K·min-1。

其他性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 炭黑理化性能

炭黑理化分析結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，炭黑NC8515的氮吸附比表面積和外表面積均較炭黑N234小，表明其粒徑略大于炭黑N234，但炭黑NC8515的吸油值和壓縮樣吸油值較炭黑N234高，即可以吸收鄰苯二甲酸二丁酯的量大，炭黑結(jié)構(gòu)高。

表1 炭黑理化分析結(jié)果

2.2 炭黑粒徑分布

炭黑N234和炭黑NC8515的粒徑分布分別如圖1和2所示。

圖1 炭黑N234的粒徑分布曲線

圖2 炭黑NC8515的粒徑分布曲線

由圖1和2可知，炭黑N234的D10（累計粒徑分布達(dá)到10%時對應(yīng)的粒徑）為0.051 μm，D50（中位粒徑）為0.081 μm，D90（累計粒徑分布達(dá)到90%時對應(yīng)的粒徑）為0.130 μm，炭黑NC8515的D10為0.054 μm，D50為0.088 μm，D90為0.138 μm。炭黑NC8515粒徑整體上較炭黑N234大，但其分布類似，這說明兩種炭黑聚集體及粒徑分布無明顯差別。

2.3 膠料硫化特性和物理性能

胎面膠的硫化特性和物理性能如表2所示。

從表2可以看出：添加炭黑NC8515的試驗配方膠料的門尼焦燒時間延長，加工安全性提高，底部溫升明顯降低，耐磨性能有所提高；試驗配方膠料0 ℃的損耗因子較大，60 ℃的損耗因子較小，說明炭黑NC8515的滯后性能優(yōu)于炭黑N234，硫化膠具有較低的滾動阻力和較好的抗?jié)窕阅?；老化后，試驗配方膠料具有更高的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，耐磨性能較好，生熱較低。

表2 胎面膠的硫化特性和物理性能

2.4 成品輪胎道路試驗

將試驗配方和生產(chǎn)配方應(yīng)用于12R22.5全鋼子午線輪胎胎面膠中，將炭黑NC8515生產(chǎn)的輪胎標(biāo)識為1，炭黑N234生產(chǎn)的輪胎標(biāo)識為2，安裝于同一輛油罐車上進(jìn)行道路試驗。共計22條輪胎，標(biāo)識為1的輪胎為11條，其編號分別為1-101到1-111，標(biāo)識為2的輪胎為11條，其編號分別為2-201到2-211，油罐車輪胎安裝序號如圖3所示，具體的安裝情況如表3所示。

圖3 油罐車輪胎安裝序號

表3 油罐車輪胎安裝情況

跟蹤油罐車行駛里程，結(jié)合行車記錄儀數(shù)據(jù)對輪胎的磨耗量進(jìn)行測量，再結(jié)合理論計算評估輪胎的耐磨性能，成品輪胎路試結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，添加2種炭黑的成品輪胎安裝在油罐車不同部位進(jìn)行試驗，輪胎行駛10萬km后測得的花紋磨耗量相差不大，單位磨耗行駛里程為22 600～24 000 km，無明顯差異。

表4 成品輪胎路試結(jié)果

3 結(jié)論

（1）炭黑NC8515的氮吸附比表面積和外表面積均較炭黑N234小，但吸油值和壓縮樣吸油值大于炭黑N234，結(jié)構(gòu)高。

（2）炭黑NC8515粒徑略大于炭黑N234，但其聚集體及粒徑分布無明顯差別。

（3）在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中采用炭黑NC8515等量替代炭黑N234，混煉膠的門尼焦燒時間延長，加工安全性好，硫化膠耐磨性能提高，生熱和滾動阻力降低，抗?jié)窕阅芴岣摺?/p>

（4）成品輪胎路試結(jié)果差異不大，單位磨耗行駛里程為22 600～24 000 km。