試析炭黑分散性對輪胎胎面膠性能的影響與優化

王樹舉（青島科技大學,山東 青島 266042）

試析炭黑分散性對輪胎胎面膠性能的影響與優化

王樹舉
（青島科技大學,山東 青島 266042）

當前汽車已經成為重要的出行工具，因此人們對汽車品質的要求逐漸提高。其中輪胎的性能也是人們關注的重點，傳統輪胎存在耐磨性較差等問題，這嚴重影響了人們對汽車的使用。本文將全鋼載重子午線輪胎作為研究對象，對炭黑分散性影響輪胎胎面膠性能的規律進行探索。

炭黑分散性；輪胎；胎面膠性能

炭黑作為橡膠補強填料，具有表面積大、粒徑小、密度低的特點，其主要成分為碳元素，同時含有少量硫、氫、氧等元素。其中化學組成、聚集體質量、聚集體形態、表面積等是其性能差異的主要體現，膠料的性能與炭黑的分散性具有密切聯系。混煉初期炭黑為較大的凝結塊，由聚集體和與其相連的聚合物組成。隨著混煉時間的增加，混集塊受到剪力逐漸分散變小。炭黑在膠料中的分散性取決于其本身在膠料中的分布，通常情況下混煉條件、混煉程序、膠料配方、混煉設備等因素決定炭黑的分散過程。炭黑分散性對全鋼載重子午線輪胎胎面膠性能的影響較大。

1 實驗

1.1 原材料

天然橡膠，21#復合橡膠，產于馬來西亞；炭黑N235，產于美國博特公司；橡膠工業常用原材料。

1.2 配方

全鋼載重子午線輪胎的胎面膠配方是：NR(100)、炭黑N235(45)、白炭黑(15)、硬脂酸(2)、氧化鋅(3)、偶聯劑Si69(3)、防老劑(1.5)、防老劑4020(2)、硫磺(1.2)、促進劑CZ(1.5)。

1.3 儀器與設備

F-306型密煉機，產于英國法雷爾公司；XKR-663型開煉機，產于大連冰山橡塑公司；XLB-1型平板硫化機，產于青島巨融機械技術有限公司；T2001E型電子式大力試驗機，產于北京友深電子儀器公司；MDR2001型硫化儀、MV2001型門尼粘度儀、disperGRADERTM型炭黑分散儀器，產于美國阿爾法科技公司。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分為兩段，密煉機中進行一段、開煉機進行二段。密煉室溫度應當控制在65攝氏度，轉子轉速為50rm，并按照生膠、炭黑、白炭黑和偶聯劑Si69、排膠的順序加料。開煉機進行二段混煉時應按照一段混煉膠、硫磺和促進劑、薄通三次、下片的順序加料。

2 結果與討論

2.1 密煉排膠溫度對炭黑分散性的影響

混煉膠加入白炭黑時，一段密煉排膠溫度對炭黑分散性影響較大。當溫度處于150攝氏度以上是白炭黑與硅烷偶聯劑的反應較好，混煉后期白炭黑會在白炭黑與硅烷偶聯劑反應不充分的影響下產生嚴重團聚[1]。所以要通過提高炭黑分散性提升混煉膠質量，就要確定適宜的排膠溫度。

在排膠溫度低于生膠分解溫度時，炭黑隨著密煉排膠溫度的升高在膠料中的分散性也會提升[2]。但是白炭黑與偶聯劑Si69對反應溫度也有相應的要求，所以炭黑分散性在密煉排膠溫度為146～154攝氏度時較好[3]。

2.2 密煉能耗對炭黑分散性的影響

通常而言，混煉膠中炭黑分散性在相同混煉工藝條件下會隨著密煉能耗的增加而提升。

混煉膠中炭黑的分散性隨著密煉能耗的增大而提高。本實驗中炭黑在密煉能耗為6.4KW.h左右時具有較好的分散性，增加密煉能耗會引起不必要的浪費[4]。

2.3 炭黑分散性對膠料性能的影響

通過對排膠溫度調整，制備出的膠料具有不同的分散性，表1為炭黑分散性對膠料性能的影響。根據表1可知，在炭黑分散等級不斷提升的過程中門尼粘度逐漸減小，焦燒時間不斷延長，生熱降低，耐磨性提升。輪胎使用壽命的標識是胎面膠的生熱和磨耗量，不改變原料的情況下通過提升炭黑的分散性，能夠實現胎面膠的生熱和耐磨性能的提升[5]。

表1 炭黑分散性對膠料性能的影響

3 結語

提升炭黑分散性能是改善全鋼載重子午線輪胎胎面膠加工工藝性能和加工安全性能的重要方法，對于輪胎物理性能、耐磨性能也具顯著的效果。在低于生膠分解溫度的情況下，提升炭黑的分散性可采用提高密煉排膠溫度和密煉能耗的方法實現。本文對炭黑分散性影響輪胎胎面膠性能的實驗進行了分析，并在此基礎上研究了炭黑分散性對輪胎胎面膠性能的具體影響。但本文還存在一定局限希望行業人員能夠加強重視，不斷提升輪胎性能和質量。

[1]韓慧,李大為,陳志宏.白炭黑/炭黑并用比對轎車輪胎胎面膠性能的影響[J].輪胎工業,2012(09):25-31.

[2]方曉波,廉杰,羅吉良等.炭黑品種對載重子午線輪胎胎面膠性能的影響[J].輪胎工業,2010(03):94-98.

[3]朱永康.白炭黑/炭黑配比對載重輪胎胎面膠動態性能的影響[J].現代橡膠技術,2013(06):24-29.

[4]朱永康.白炭黑/炭黑配比對載重輪胎胎面膠動態性能的影響[J].現代橡膠技術,2013(08):24-29.

[5]延威,楊文真.白炭黑輪胎胎面膠動態力學性能的研究[J].橡膠科技,2015(09):19-22.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.008