白炭黑和炭黑在轮胎胎面胶配方中的比较
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白炭黑表面接枝改性及其在橡胶中的应用白炭黑经过表面改性之后应用于橡胶中,可以取得良好的补强效果。
除了补强之外,延长制品使用寿命防止其因老化而丧失使用价值是橡胶工业研究的另一主题。
本文制备出表面接枝防老剂的白炭黑,以解决传统橡胶配方中白炭黑与橡胶相容性差、防老剂易挥发及抽提等问题,并考察其对丁苯橡胶(SBR)及天然橡胶(NR)补强及防老性能的影响。
首先采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(A187)与对氨基二苯胺(PPDA)反应,制备防老偶联剂,并用~1H-NMR、HPLC-MS、FTIR对其结构进行表征。
然后将所得产物与白炭黑反应制备表面接枝防老剂的白炭黑,采用FTIR、XPS、TG 及TEM对其进行表征。
结果表明,改性后白炭黑表面成功接枝了防老偶联剂,表面吸附水明显减少,并且随着防老偶联剂用量的增加白炭黑表面接枝密度呈现出先迅速增大后逐渐保持平缓的趋势。
将所得表面接枝防老剂改性白炭黑用于补强SBR,考察其对SBR补强及防老性能的影响。
研究发现当改性白炭黑用量为50份时,胶料的加工性能及力学性能均较佳。
将其与相应的含50份炭黑、未改性白炭黑、Si69及A187改性白炭黑胶料进行对比,RPA分析表明,防老偶联剂改性白炭黑胶料转矩下降,正硫化时间明显缩短,并且Payne效应减小,与基体相容性提高,分散性得到明显改善。
硫化胶的力学性能随着防老偶联剂用量的增大逐渐提高,并最终达到与炭黑及Si69改性白炭黑硫化胶同等水平;A187改性白炭黑硫化胶力学性能略差。
与炭黑硫化胶相比,改性白炭黑硫化胶具有更好的动态性能,即低温下滞后损耗更大而高温下滞后损耗更小。
热氧及湿热老化实验表明,改性白炭黑硫化胶比添加防老剂4020的硫化胶更加稳定,其老化后拉伸强度、拉断伸长率均优于对比硫化胶;但是改性白炭黑硫化胶的耐臭氧老化性能较差。
TGA与甲苯抽提实验证明,改性白炭黑胶料中的防老剂不挥发、耐抽提。
在NR胶料中,RPA分析表明表面接枝防老剂的改性白炭黑补强胶料转矩下降,正硫化时间远短于未改性及Si69改性白炭黑胶料而与炭黑胶料相当,填料网络化程度降低,分散性优异且结合胶含量高于炭黑胶料及Si69改性白炭黑胶料。
炭黑和白炭黑在胎面胶配方中的并用研究(二):--硫化橡胶的静态和动态性能王惠中【摘要】较系统地研究了胎面胶中炭黑与白炭黑并用的效果。
研究认为,白炭黑对胎面胶的强度性能和动态性能指标产生良好的积极的作用,当炭黑与白炭黑的并用比例控制在60:20~30:50的范围之内,胎面胶的静态和动态性能的平衡最佳。
【期刊名称】《世界橡胶工业》【年(卷),期】2016(043)004【总页数】2页(P4-5)【关键词】炭黑;白炭黑;胎面胶;硫化【作者】王惠中【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TQ330.38+1在以前发表的报告中,谈到了炭黑和白炭黑的含量对轮胎胎面胶料工艺和硫化性能的影响。
为了对取决于炭黑和白炭黑比例的一系列指标发生急剧变化这一现象进行解析,假设胶料的物理结构发生了重大的重组和变革。
文中研究了炭黑与白炭黑的添加比例,对胎面胶静态和动态性能指标的影响。
图1和图2为橡胶基本力学性能指标与炭黑和白炭黑的添加比例之间的相关性曲线。
图1上列出了几个强度的指标。
观察该图注意到,拉伸强度fp和撕裂强度fz的关系,系随着炭黑含量的减少和白炭黑含量的相应增加而相互对立。
若fp值下降23%,撕裂强度可提高68%,前提是炭黑含量减少至20质量份,白炭黑含量增加至60质量份(对100质量份生胶而言)。
然后,其相关性曲线又变回来,即fp开始增大,而fz却有所下降,表征拉伸强度fu真实值的相关性曲线比较清晰。
该指标经常随白炭黑含量的增加而增高,虽然炭黑与白炭黑的比例,在中等范围内随着白炭黑含量的增加,fu增长滞后的趋势仍然可观察到。
尽管炭黑含量减少,拉伸强度fp也下降,但由于拉断伸长率εp稳定增长,真实强度值fu仍然增大(图1,Б)。
按照邵贝尔-什洛巴赫Ш О П П Е РШЛОБАХ方法测定的胎面胶的耐磨性变得复杂了(图1,Б)。
首先,随着白炭黑含量增加,耐磨性急剧减弱,而后,当白炭黑含量超过30质量份时,却开始增高。
关于炭黑与白炭黑在胎面胶中并用的研究江畹兰【摘要】研究了在不同低温(-5℃、-15℃、-25℃)、不同负荷及不同滚动速度(0.1 km/h、0.6 km/h及2.0 km/h)条件下,含不同量炭黑与白炭黑的胎面胶对结冰路面的抓着性.研究发现,中、高白炭黑含量的胎面,其对结冰路面的抓着性,较之纯炭黑填充的胎面要高得多.【期刊名称】《世界橡胶工业》【年(卷),期】2017(044)012【总页数】3页(P77-79)【关键词】炭黑;白炭黑;胎面胶;结冰路面;抓着性【作者】江畹兰【作者单位】华南理工大学材料学院广东广州510641【正文语种】中文【中图分类】TQ336.1在以往发表的论文中曾经指出过,填充白炭黑的轮胎胎面,对潮湿路面的抓着性(0 ℃~45 ℃)相当优越。
在该温度范围内,胎面的抓着力最均衡。
胎面胶中炭黑与白炭黑的并用比例为50:30,即100份生胶中含有80份填充剂(炭黑+白炭黑)。
文中研究了含不同比例的炭黑白炭黑的轿车子午线轮胎,对结冰路面的抓着性能。
冰面温度(-5)~(-25)℃。
文献上公布了胶料配方。
实验在LAT 100试验装置(VMI公司产)上进行,作用于试样的负荷5 N~150 N,轮胎在结冰路面上的滚动速度为0.1~2.0 km/h。
由5 N到10 N的负荷区为极低负荷区,15 N~25 N为低负荷区,30 N~70 N为中等负荷区;75 N~150 N则为高负荷区。
图1上,а、б、в示出了在温度分别为-5 ℃、-15 ℃及-25 ℃及滚动速度为0.6 km/h条件下,橡胶与结冰路面的抓着性能等高线。
含68.75份炭黑的对照用胎面胶的抓着性能为100%。
在等同于试验的条件下,测定了对照用橡胶的抓着性。
以0.6 km/h的速度模拟轮胎在结冰路面上的中等滚动速度。
从图1,а上可划分出两个在冰面上的高抓着性区域。
第一个区域包含了炭黑与白炭黑的并用比例为80:0~50:30,于高负荷条件下进行试验的试样。
新一代炭黑-白炭黑双相纳米填料在乘用车胎面胶中的应用P.Kumar, K.Naskar, N.N.Kunti , A.K.Chandra摘要:轮胎工业的首要目标是在以下领域取得持续进展:(a)增强耐久性,(b)节省燃料,(c)提高安全性。
只有通过提高轮胎的耐磨性,滚动阻力和抗湿滑性才能满足上述要求。
这就是所谓的轮胎性能的“魔鬼三角”。
多年来,炭黑和白炭黑一直是橡胶的主要补强填料,他们可以提高橡胶或橡胶基制品的实用性。
炭黑和白炭黑分别有各自优势。
为了获得低滚动阻力和高抗湿滑性轮胎,本文以炭黑和白炭黑作为参比,系统地研究了新一代4000系列炭黑—白炭黑双相纳米填料(CSDPF)的应用,其商业名称为CRX4210.试验测定了拉伸强度,撕裂强度,耐磨强度,耐屈挠裂口增长性能,生热,滚动阻力等物理机械性能,这些指标能够标明轮胎胎面的补强效果。
与传统的填料(炭黑或白炭黑)相比,新一代CSDPF用于轮胎胶面时,聚合物-填料之间的相互作用更强,而填料之间的相互作用,与传统的填料相比,该填料用于乘用胎面面胶中,轮胎的滚动阻力,耐磨性和抗湿滑性都会显著提高,作为偶联剂,双(3-三乙氧基丙基)四硫化合物(TESPT)对CSDPF填料的应用也起到了主要作用。
关键词:炭黑—白炭黑双相填料;胎面胶;轮胎耐磨性;滚动阻力;抗湿滑性1,前言在橡胶工业中,应用有许多种不同的填料,它们所起的作用也是五花八门。
其中最重要的是补强,降低材料成本和改善加工性能【1-3】。
补强主要是指提高强度和强度相关的性能,如耐磨性,硬度和模量。
早在20世纪初,炭黑就已优先作为补强材料,应用于橡胶中。
有很多不同类型的炭黑可供使用,并应用于各种各样的橡胶。
早在20世纪50年代,沉淀法白炭黑和硅酸盐就已经开始应用与大型载重轮胎和采矿设备【4-8】。
在传统炭黑填充的重型载重轮胎胎面面胶中【4-9】,添加10-25份的白炭黑,就可以改善胶料的耐切割性能和耐刺扎性能,这在当时已成为一种非常普遍又实用。
轮胎橡胶配方
轮胎橡胶配方是制造轮胎的关键部分,它决定了轮胎的主要性能。
配方中包含多种成分,每种成分都有其特定的作用。
以下是一个典型的轮胎橡胶配方及其成分说明:
1、基础橡胶:这是配方的核心成分,通常使用天然橡胶或合成橡胶。
天然橡胶具有良好的弹性和耐久性,而合成橡胶则提供了更多的性能选项,如低滚动阻力、高耐磨性和耐高温性。
2、填充剂:用于增加橡胶的体积,使其更坚固和耐磨。
常见的填充剂包括碳黑和白炭黑。
碳黑提供了优异的耐磨性和抗撕裂性,而白炭黑则增加了橡胶的抗湿滑性能。
3、硫化剂:使橡胶分子相互交联,形成网状结构,从而提高其弹性和耐久性。
4、增塑剂:如石油和油脂,有助于改善橡胶的加工性能和柔韧性。
5、防老剂:有助于延缓橡胶老化过程,提高其耐久性。
6、抗氧剂:防止橡胶在高温下氧化,有助于延长轮胎的使用寿命。
7、抗紫外线剂:用于抵抗紫外线对橡胶的降解,延长轮胎的使用寿命。
8、粘合剂:有助于增强橡胶与纤维材料之间的粘附力,提高轮胎的结构稳定性。
9、钢丝与纤维材料:用于增强轮胎的结构强度和稳定性。
钢丝主要用于轮胎的骨架结构,而纤维材料则提供额外的支撑和稳定性。
10、其他添加剂:根据特定需求,还可以添加其他一些添加剂,如抗湿滑剂、降噪剂等,以改善轮胎的性能。
除了以上成分外,正确的配方比例也是至关重要的。
不同成分的比例会直接影响轮胎的性能。
通过精确控制这些成分的比例,可以生产出具有优异性能的轮胎。
这需要经验丰富的工程师和技术人员来研发和调整配方,以满足各种不同的应用需求。
作者简介:刘艮春(1972-),男,江苏盐城人,硕士,主要从事工业车辆实心轮胎的研发工作。
收稿日期:2020-10-07随着我国经济社会的高速发展,机动车的保有量不断增加,据公安部统计,截至2020年6月,全国机动车保有量达3.6亿辆,其中汽车2.7亿辆[1],与此同时,人们的环保意识日益提高,对轮胎提出了更高的要求,轮胎正向着绿色环保节能的方向发展。
炭黑的主要成分是碳元素,是碳氢化合物在受控条件下不完全燃烧或分解得到的,是轮胎工业中常用的补强剂之一,可有效提高胶料的强度、耐磨性等性能。
白炭黑是白色粉末状的水合二氧化硅,其分子式为SiO 2•nH 2O ,属于无机补强剂。
与传统的炭黑补强剂相比,白炭黑的生产不以化石资源作为主要原料,同时使用白炭黑作为补强体系的胶料具有较低的滞后损失。
另一方面,当白炭黑的填充份数过多时,胶料的黏度会有较大升高,影响胶料的加工工艺性。
所以,本文将白炭黑与炭黑并用作为复合补强体系,研究二者的配比对轮胎胎面胶性能的影响。
1 实验1.1 实验材料与主要设备天然橡胶NR ,牌号STR20,泰国产品;顺丁橡胶BR ,牌号BR9000,中国石油独山子石化分公司产品;炭黑,牌号N375,卡博特 (中国) 有限公司产品;白炭黑,牌号Z1115 MP ,罗地亚(青岛)白炭黑有限公司产品;硅烷偶联剂,牌号Si69,南京曙光化工集团有限公司产品;其他材料均为常见市售产品。
密炼机,型号X (S )M -500,上海科创橡塑机械设备有限公司;开炼机,型号X(S)K -160,上海橡胶机白炭黑/炭黑填量对轮胎胎面胶性能影响的实验研究刘艮春,王恒宜,陈荣华(江苏托普轮胎股份有限公司,江苏 盐城 224400)摘要:研究了不同白炭黑/炭黑的填量配比对轮胎胎面胶性能的影响。
实验结果表明,随着胶料中白炭黑/炭黑配比的提高,胶料的焦烧时间及硫化时间延长,硬度、100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度降低,而断裂伸长率提高;同时,胶料的抗湿滑性能及滚动阻力呈降低趋势。
炭黑和白炭黑在胎面胶配方中的并用研究(一):--工艺性能和硫化性能王惠中【摘要】通过试验用数据证明,炭黑与白炭黑的比例对胎面胶料的工艺和硫化特性影响甚大。
它们的比例宜控制在60:20~30:50范围内。
【期刊名称】《世界橡胶工业》【年(卷),期】2016(043)004【总页数】3页(P1-3)【关键词】炭黑;白炭黑;胎面胶;硫化【作者】王惠中【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TQ330.38+1近15年来,俄罗斯在轮胎生产配方中就白炭黑的使用问题开展了深入的研究。
首先这与两个因素有关,一,希望提高轮胎在湿滑路面上的抓着力;二,减小轮胎的滚动阻力,改善生态环境。
2013年下卡姆斯克轮胎(Нижнекамскшина)公司已生产了40万条以上胎面胶内含有白炭黑的轮胎。
但是迄今为止,依然存在着潜在的问题,即轿车轮胎胎面胶配方中,白炭黑的最佳用量以及炭黑与白炭黑之最佳比例究竟是多少,尚不明瞭。
自那篇论文刊登后,又有人发表了几篇文章,继续讨论有关这一问题的研究结果。
在文章中,就炭黑(N234)和白炭黑(Zeosil 1165 MP)的比例(质量份),对100质量份胎面胶胶料配方的影响作了分析。
其中的橡胶组分是溶聚丁苯橡胶与丁二烯橡胶(СКДН)的并用体。
所有橡胶胶料中都加入了二硅烷X-505,占二氧化硅[双3-(三乙氧基甲硅基)丙基]多硫化物总量的10%。
硫化基团中同样含有硫磺和促进剂次磺酰胺和二苯胍。
结构控制剂EF-44和硬脂酸T-18起软化剂和增塑剂的作用。
图1为橡胶胶料的可塑度(П)、弹性复原(ЭВ)、门尼黏度值(М)与所加入的炭黑和白炭黑的数量之间的相关性曲线图。
由图1可以看出,减少炭黑的添加量,提高白炭黑的添加量,可提高胶料的可塑度。
尤其在白炭黑含量较少时这一现象尤为显著。
当大量添加白炭黑(炭黑与白炭黑之比为10:70;0:80)后,胶料的可塑度实际上并未发生变化。
弹性复原值与所加入的填充剂成分之间的关系十分复杂。
胎面胶中碳黑与白炭黑的比较
小林直一;李汉堂
【期刊名称】《轮胎研究与开发》
【年(卷),期】1998(000)003
【总页数】7页(P44-50)
【作者】小林直一;李汉堂
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TQ330.381
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