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?？ú┨貙嶒炇覝y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，以期為輪胎企業開發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）膠料動態力學性能采用動態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，FL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力學性能

小配合試驗膠料的壓縮疲勞溫升和動態力學性能如表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，這說明膠料的抗濕滑性能提高，滾動阻力有所增大。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，FL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力學性能

大配合試驗膠料的壓縮疲勞溫升和動態力學性能如表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膠料的抗濕滑性能提高，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。