二、硫化膠性能

輪胎各部件膠料的硫化膠性能決定著輪胎的成品性能。硫化膠性能主要包括硬度、拉伸性能、彈性、耐疲勞性等。輪胎使用條件復(fù)雜多變，需要具有多方面的綜合性能。不同規(guī)格品種輪胎、不同部件對(duì)性能要求的側(cè)重點(diǎn)不同，不能以某些性能作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。每項(xiàng)性能都與配方中所選擇的炭黑品種和用量相關(guān)，需要配方設(shè)計(jì)者根據(jù)需要合理匹配。

(一) 硬度和定伸應(yīng)力

硬度和定伸應(yīng)力都是表征硫化膠剛性的物性指標(biāo)，均表示膠料抵抗外力作用的能力。硬度與小的壓縮變形相關(guān)，定伸應(yīng)力則與大的拉伸變形相關(guān)。在輪胎配方中影響硬度及定伸應(yīng)力的因素主要有:補(bǔ)強(qiáng)體系的品種和用量，操作油和加工助劑用量， 以及硫化交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

硫化膠硬度與定伸應(yīng)力基本與炭黑填充量成比例增加，但結(jié)晶性橡膠的增長(zhǎng)幅度比非結(jié)晶性橡膠高，例如在同一炭黑配合量下，結(jié)晶橡膠硬度及定伸應(yīng)力更高。雖然添加炭黑可以提高硬度，但隨著炭黑用量增加，膠料加工性能變差。在實(shí)際應(yīng)用中，炭黑用量有一定限度，單用炭黑膠料硬度很難達(dá)到85 (邵氏A型)以上，對(duì)于硬度要求很高的膠料，如子午線輪胎三角膠，使用補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂是常用而且有效的增硬方法。膠料硬度及定伸應(yīng)力還與炭黑性質(zhì)有關(guān)，比表面積小的炭黑，硫化膠硬度高。所以人們習(xí)慣上把表面積大的高補(bǔ)強(qiáng)性炭黑稱(chēng)為硬質(zhì)炭黑，而把比表面積小的低補(bǔ)強(qiáng)性炭黑稱(chēng)為軟質(zhì)炭黑。炭黑比表面積對(duì)膠料定伸應(yīng)力影響并不大，炭黑的結(jié)構(gòu)對(duì)定伸應(yīng)力影響較大，結(jié)構(gòu)高的發(fā)黑，膠料定伸高。而使用表面活性高的炭黑。由于橡膠與炎黑相互作用增強(qiáng)，結(jié)合膠增多，定伸應(yīng)力和硬度都會(huì)提高。

(二)拉斷強(qiáng)度及扯斷伸長(zhǎng)率

拉斷強(qiáng)度表征橡膠抵抗外力作用的極限能力，是橡膠能否滿足使用要求，使用壽命如何的重要指標(biāo)。配方中各組分與拉斷強(qiáng)度的關(guān)系是輪胎配方工程師必須重點(diǎn)了解的內(nèi)容，

補(bǔ)強(qiáng)體系的作用是提高橡膠的強(qiáng)度，所以對(duì)拉斷強(qiáng)度影響很大。一般炭黑粒徑越小、表面活性越大，補(bǔ)強(qiáng)性越好，拉斷強(qiáng)度越高。但用量的影響則因膠種而不同，結(jié)晶性橡膠具有自補(bǔ)強(qiáng)性，生膠強(qiáng)度較高，拉斷強(qiáng)度隨黑用量增加而下降，非結(jié)晶橡膠則隨炭黑用量增加而增大，達(dá)到峰值后開(kāi)始下降。炭黑結(jié)構(gòu)與拉斷強(qiáng)度的相關(guān)性不明顯，在輪胎配方常用的配合量下，

一般拉斷強(qiáng)度隨結(jié)構(gòu)的增高而降低。配方中的增塑劑會(huì)降低硫化膠的強(qiáng)度，與橡膠本體相容性好的增塑劑影響小一些。

硫化膠的扯斷伸長(zhǎng)率與拉斷強(qiáng)度有很大相關(guān)性，只有拉斷強(qiáng)度高的膠料，才能保證在拉伸過(guò)程中不斷裂，因而具有較高的伸長(zhǎng)率。一般情況下，膠料定伸應(yīng)力和硬度高，扯斷伸長(zhǎng)率低。

(三)彈性

彈性是橡膠特有的寶貴性能。但橡膠并不是理想的彈性體，它既有彈性又有黏性。輪胎的某些部件對(duì)彈性要求較高，提高膠料彈性可以通過(guò)調(diào)整生膠體系、補(bǔ)強(qiáng)體系和硫化體系實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)強(qiáng)填料用量大對(duì)彈性不利，而且越是粒徑小、結(jié)構(gòu)高、表面活性大的炭黑，對(duì)硫化膠的彈性越不利。提高含膠率是獲得高彈性膠料的簡(jiǎn)單而有效的方法。

(四)耐磨性

耐磨性表征硫化膠抵抗摩擦力作用的能力，是與使用壽命相關(guān)的力學(xué)性能。橡膠的耐磨性本身機(jī)理非常復(fù)雜，影響因素很多，涉及機(jī)械破壞，如疲勞、撕裂等;還涉及機(jī)械-化學(xué)-熱化學(xué)作用，其本質(zhì)上取決于生膠、交聯(lián)結(jié)構(gòu)和由填料類(lèi)型及填充量確定的翅分子結(jié)構(gòu)。

對(duì)于給定聚合物，磨耗是受到填料強(qiáng)烈作用的性能。比表面積是影響填充硫化膠磨耗性能的最重要的參數(shù)，通常填充高比表面積炭黑的膠料具有較高耐磨性，特別是在較填充量下，耐磨性隨比表面增大而提高。但比表面積對(duì)耐磨性的影響有限度，當(dāng)比表面積超過(guò)一定限度后，耐磨性不會(huì)再提高，實(shí)際上，比表面積極高的炭黑，耐磨性反而較差，這種現(xiàn)象在高填充量下會(huì)更加明顯。這與高比表面積炭黑填料-填料之間互相作用較高、難于均勻分散有關(guān)。

炭黑結(jié)構(gòu)對(duì)膠料耐磨性的影響與磨耗類(lèi)型有關(guān)。研究橡膠的磨耗不能不提摩擦表面狀況，因?yàn)橄鹉z在不同表面上具有完全不同的摩擦機(jī)理。橡膠在粗糙表面摩擦?xí)r，凸出的尖銳物不斷切割使膠料表面被扯成無(wú)數(shù)細(xì)小的微粒，形成磨損磨耗。此時(shí)膠料的強(qiáng)度越高、彈性越高，耐磨性越好。當(dāng)橡膠與光滑的表面接觸時(shí)，由于摩擦力的作用，使硫化表面凹凸不平的部分變形，最終成卷地脫落，此謂卷曲磨耗。同時(shí)與摩擦表面相接觸的硫化膠表面在反復(fù)的摩擦過(guò)程中受到周期性壓縮剪切、拉伸等作用，橡膠表面產(chǎn)生疲勞，并漸漸生成疲勞裂紋。這些裂紋不斷發(fā)展造成材料表面脫落，這種磨耗稱(chēng)為疲勞磨耗?？梢?jiàn)橡膠的磨耗機(jī)理十分復(fù)雜，不同的使用條件會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)論。硫化膠的諸多力學(xué)性能中，拉斷強(qiáng)度和彈性對(duì)耐磨性的影響始終是積極的，即隨著拉斷強(qiáng)度和彈性的增加，耐磨性提高;提高膠料的耐疲勞性對(duì)降低疲勞磨耗有利;而定伸應(yīng)力對(duì)不同類(lèi)型的磨耗有不同的影響，高定伸對(duì)磨損磨耗和卷曲磨耗有利，而對(duì)疲勞磨耗則剛好相反。

炭黑表面活性也是影響膠料磨耗的重要參數(shù)，近年來(lái)備受關(guān)注。表面活性高的發(fā)黑與聚合物相互作用更強(qiáng)，耐磨性高。炭黑表面含氧官能團(tuán)對(duì)耐磨性不利，若炭黑被化學(xué)物質(zhì)吸附也會(huì)使表面活性降低，影響耐磨性。

填充量對(duì)磨耗的影響存在最佳值，具體用量依膠種、交聯(lián)密度和使用條件而不同。天然橡膠體系、交聯(lián)密度大的體系和使用條件較溫和的體系最佳用量較低。白炭黑的耐磨性明顯不如炭黑，雖然與偶聯(lián)劑配合后有所改善，但耐磨始終是白發(fā)黑的弱項(xiàng)。

在膠料中均勾分做是炭黑發(fā)揮補(bǔ)強(qiáng)作用的前提，這一點(diǎn)對(duì)耐磨性尤為重要，胎面膠混煉過(guò)程中一定要保證炭黑良好的分散性，但值得注意的是，一些能夠改善炭黑分散性的助劑會(huì)使炭黑表面活性降低，影響到炭黑與聚合物相互作用，最終使耐磨性下降。在混煉過(guò)程中應(yīng)關(guān)注如何充分發(fā)揮橡膠和炭黑本身的作用，盡量避免影響相互作用的混煉工藝和配合劑。