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(yíng) 257506；2.山東萬(wàn)達(dá)寶通輪胎有限公司，山東 東營(yíng) 257506）

近年來(lái)，人們對(duì)低能耗和低滾動(dòng)阻力輪胎的需求不斷增大。鑒于國(guó)家加強(qiáng)對(duì)汽車(chē)超載超速的限制，汽車(chē)企業(yè)對(duì)輪胎的耐磨性能、抗?jié)窕阅芎蜕鸁嵝阅芤苍絹?lái)越重視[1-4]。

本工作研究炭黑對(duì)輪胎“魔三角”性能的影響，通過(guò)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(duì)輪胎胎面膠性能的影響[5-6]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），1#標(biāo)準(zhǔn)膠，泰國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，萬(wàn)達(dá)石化有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1502，中國(guó)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(yáng)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(yàn)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(kāi)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)，上海科創(chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；HS100T-RTMO型全自動(dòng)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(guó)布魯克海文儀器公司產(chǎn)品；MZ-4016B型門(mén)尼粘度計(jì)和MZ-4065型橡膠回彈試驗(yàn)機(jī)，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn) 品；GT-M3000A型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀、GT-GS-MB型邵氏硬度計(jì)、GT-7017-E型熱空氣老化試驗(yàn)機(jī)、GT-RH-2000型橡膠壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)、GT-7011-DLH型硫化橡膠高低溫屈撓試驗(yàn)機(jī)和AI-3000型拉力試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；Q800型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀（DMA），美國(guó)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(kāi)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(kāi)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(cè)試

硫化特性按GB/T 16584—1996進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為150 ℃；密度按GB/T 533—2008進(jìn)行測(cè)試；硬度按GB/T 531.1—2008進(jìn)行測(cè)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(cè)試，先測(cè)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(shí)間為48 h；回彈值按GB/T 1681—2009進(jìn)行測(cè)試；撕裂強(qiáng)度按GB/T 529—2008進(jìn)行測(cè)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(cè)試，取3個(gè)試樣的平均值；DMA測(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)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(jì)粒徑分布達(dá)到10%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑）為0.051 μm，D50（中位粒徑）為0.081 μm，D90（累計(jì)粒徑分布達(dá)到90%時(shí)對(duì)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(lèi)似，這說(shuō)明兩種炭黑聚集體及粒徑分布無(wú)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(yàn)配方膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，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(yàn)配方膠料0 ℃的損耗因子較大，60 ℃的損耗因子較小，說(shuō)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(dòng)阻力和較好的抗?jié)窕阅埽焕匣螅囼?yàn)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(yàn)

將試驗(yàn)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(shí)為1，炭黑N234生產(chǎn)的輪胎標(biāo)識(shí)為2，安裝于同一輛油罐車(chē)上進(jìn)行道路試驗(yàn)。共計(jì)22條輪胎，標(biāo)識(shí)為1的輪胎為11條，其編號(hào)分別為1-101到1-111，標(biāo)識(shí)為2的輪胎為11條，其編號(hào)分別為2-201到2-211，油罐車(chē)輪胎安裝序號(hào)如圖3所示，具體的安裝情況如表3所示。

圖3 油罐車(chē)輪胎安裝序號(hào)

表3 油罐車(chē)輪胎安裝情況

跟蹤油罐車(chē)行駛里程，結(jié)合行車(chē)記錄儀數(shù)據(jù)對(duì)輪胎的磨耗量進(jìn)行測(cè)量，再結(jié)合理論計(jì)算評(píng)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(chē)不同部位進(jìn)行試驗(yàn)，輪胎行駛10萬(wàn)km后測(cè)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(wú)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(wú)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(mén)尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，加工安全性好，硫化膠耐磨性能提高，生熱和滾動(dòng)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。