炭黑N134與N234在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用對比研究

高 洋，黃義鋼，吳洪全，李 勇

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

近年來，隨著我國高速公路和汽車工業的發展，對輪胎性能的要求越來越高。目前國產全鋼載重子午線輪胎普遍存在胎面膠滯后損失大、耐磨性能較差的問題，而膠料耐磨性能在很大程度上取決于配方和原材料種類，特別是主要填料炭黑品種。炭黑是由許多烴類物質（固態、液態或氣態）經不完全燃燒或裂解生成的，作為橡膠的填料已經有100多年的歷史[1]。炭黑的粒徑、比表面積和結構等對膠料的耐磨性能具有重要影響。炭黑粒徑越小，比表面積和吸油值越大，橡膠與炭黑的接觸界面越大，相互作用產生的結合膠就越多，膠料耐磨性能越好。

炭黑N134和N234分別為超耐磨炭黑和中超耐磨炭黑，均為粒徑小、比表面積大和結構度高的炭黑品種。本工作研究炭黑N134與N234在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用，為提高胎面膠耐磨性能提供思路。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SMR20，馬來西亞產品；炭黑N134和N234，國內某外資企業產品。

1.2 配方

NR 100，炭 黑（N134 或N234） 52，氧 化鋅 3.5，硬脂酸 2，防老劑 5.5，加工助劑 2，促進劑/硫黃 2.4，其他 0.6。

1.3 主要設備與儀器

1.5 L智能實驗密煉機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；GK400N型密煉機，德國克虜伯公司產品；GK255N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司；XKR-150型開煉機，廣東湛江機械廠產品；1.0 MN蒸汽平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產品；MV2000型門尼粘度儀、MDR2000E型無轉子硫化儀和Tensometer2000型電子拉力機，美國阿爾法科技有限公司產品；回彈測試儀，意大利Gibitre公司產品；DIN磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；MZ-4061型阿克隆磨耗試驗機，江蘇明珠試驗機械有限公司產品；DMA/SDTA861e型動態熱力學分析儀，瑞士梅特勒-托利多公司產品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料分兩段混煉。一段混煉在1.5 L智能實驗密煉機中進行，密煉室初始溫度為70～80 ℃，轉子轉速為70 r·min-1，混煉工藝為：生膠→炭黑和小料→排膠，膠料停放4 h以上。二段混煉在XKR-150型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→薄通→下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料分3段混煉，一段和二段混煉在GK400N型密煉機中進行，終煉在GK255N型密煉機中進行。一段混煉密煉室初始溫度為90～100℃，轉子轉速為45 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→排膠（150～160 ℃），膠料停放4 h以上。二段混煉密煉室初始溫度為90～100 ℃，轉子轉速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→壓壓砣→提壓砣→排膠（140～150 ℃），膠料停放4 h以上。終煉密煉室初始溫度為70～80 ℃，轉子轉速為20 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠（100～110 ℃），膠料停放4 h以上。

1.5 性能測試

1.5.1 動態力學性能

采用剪切模式 ，頻率為5 Hz，加熱速率為3℃·min-1，溫度范圍為－20 ℃～＋80 ℃，力的最大振幅為6 N，位移的最大振幅為3 μm，不施加預應力。

1.5.2 其他性能

膠料其他性能均按照相應國家標準測試。

2 結果與分析

2.1 理化性能

炭黑的理化性能見表1。從表1可以看出：兩種炭黑的理化性能均符合指標要求；與炭黑N234相比，炭黑N134的吸碘值較大，說明其比表面積大；炭黑N134的DBP吸油值較大，說明其結構度高。

表1 炭黑的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗膠料的物理性能見表2。從表2可以看出：與炭黑N234膠料相比，炭黑N134膠料的門尼焦燒時間和t10均較短，硫化速度較快，這可能是因為炭黑N134表面活性大所致；炭黑N134膠料老化前后的定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率稍大，撕裂強度較大，回彈性和耐磨性能較好。

表2 小配合試驗膠料物理性能

2.3 大配合試驗

大配合試驗膠料的物理性能見表3。從表3可以看出，大配合試驗膠料的物理性能與小配合試驗膠料基本一致，炭黑N134膠料的物理性能尤其是耐磨性能優于炭黑N234膠料。

表3 大配合試驗膠料的物理性能

大配合試驗膠料的損耗因子（tanδ）見表4。從表4可以看出：與炭黑N234膠料相比，炭黑N134膠料0 ℃時的tanδ略小、60 ℃時的tanδ相近，說明炭黑N134膠料的抗濕滑性能略差，滾動阻力相當。

表4 膠料的tan δ

3 結論

將炭黑N134和N234用于全鋼載重子午線輪胎胎面膠中，與炭黑N234膠料相比，炭黑N134膠料的硫化速度快，物理性能尤其是耐磨性能改善，抗濕滑性能略差，滾動阻力相當。

總的來說，炭黑N134有利于提高胎面膠的耐磨性能，適用于全鋼載重子午線輪胎胎面膠。