David Jividen1,Harvey Kaufman2(1·Western Reserve Chemical Corp.,Stow,Ohio;2·Polymer Process Technologies,Akron,Ohio)
眾所周知,在輪胎胎面膠中使用白炭黑和偶聯(lián)劑可以改善輪胎的性能,即滾動(dòng)阻力、磨耗和牽引性能。但是這種膠料的加工很困難也是眾所周知的。這些困難部分來(lái)源于白炭黑粒子間強(qiáng)烈的相互作用。硅烷偶聯(lián)劑可以有效地降低填料與填料之間的相互作用,促進(jìn)聚合物與填料的相互作用。
PPT-HDI是一種有效的廉價(jià)分散劑,它能極大地提高混煉效率,可以使偶聯(lián)劑在用量很低的情況下便能有效降低填料與填料之間的相互作用。
1 實(shí)驗(yàn)
本研究中選用典型添加白炭黑的轎車(chē)輪胎胎面膠(膠料配方見(jiàn)表1),混煉采用常規(guī)的二段密煉工藝。
試驗(yàn)?zāi)z料硫化至硫變儀測(cè)量的正硫化點(diǎn)(t90),硫化膠性能采用工業(yè)上通常應(yīng)用的方法來(lái)測(cè)定。
2 混煉
一種有效的分散劑將減少混煉過(guò)程中的能量消耗并能夠使填料快速地混入。功率消耗測(cè)量結(jié)果(見(jiàn)表2)表明,添加分散劑可以降低功率消耗和膠料溫度。
加與不加分散劑的膠料混煉功率曲線(xiàn)表明,隨著白炭黑、偶聯(lián)劑和分散劑的加入,功率消耗量立即急劇增大,爾后又迅速降低。當(dāng)白炭黑與偶聯(lián)劑單獨(dú)加入時(shí)卻看不到明顯的波峰。這種差異被認(rèn)為是由于分散劑迅速打碎了白炭黑附集體的結(jié)果。波峰的比較也表明加入分散劑后白炭黑的混入加快了。
3 流變性能
硫化儀數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)表明了含有分散劑的混煉膠具有較低轉(zhuǎn)矩值,轉(zhuǎn)矩值較低通常表明填料與填料之間的相互作用較弱。
4 硫化性能
分散劑對(duì)硫化速度有輕微的延遲作用,從而導(dǎo)致硫化膠物理性能降低(見(jiàn)表4)。沒(méi)有試圖為本研究調(diào)節(jié)硫化速度或硫化程度,這個(gè)問(wèn)題將留給配方設(shè)計(jì)人員。應(yīng)注意,作為公認(rèn)的衡量聚合物與填料間相互作用的300%和100%定伸應(yīng)力的比值沒(méi)有改變。補(bǔ)強(qiáng)指數(shù)保持率表明,提高促進(jìn)劑和/或硫化劑用量可在合適的硫化速度下使硫化膠物理性能得到恢復(fù)。
5 動(dòng)態(tài)性能
加與未加分散劑膠料的彈性模量測(cè)量結(jié)果表明,加入分散劑膠料的彈性模量較低(見(jiàn)圖1)。彈性模量低表明填料與填料間的相互作用較弱,也就是說(shuō)填料粒子得到了較好的分散。彈性模量低也可以反映出膠料比較容易加工以及改善了擠出型膠的尺寸穩(wěn)定性。
加入分散劑還可以降低損耗模量(見(jiàn)圖2)。損耗模量是填充劑網(wǎng)絡(luò)破壞和重新形成的一個(gè)量度。由于膠料粘度低,而白炭黑粒子具有較高的擴(kuò)散速度,硫化過(guò)程中填料有可能發(fā)生再附聚。對(duì)于加入分散劑的混煉膠來(lái)說(shuō),損耗模量低可能歸因于硫化過(guò)程中分散劑具有降低白炭黑粒子擴(kuò)散速度和再附聚的能力。
6 除靜電作用
填加白炭黑的膠料中容易產(chǎn)生靜電積累,靜電積累部分是由于白炭黑本身的絕緣性所致。白炭黑粒子表面上的偶聯(lián)劑使它們的導(dǎo)電性進(jìn)一步降低。了解了分散劑的特性才知道,分散劑有可能通過(guò)提高膠料的導(dǎo)電性來(lái)有效地減少靜電積累。為了檢驗(yàn)這種可能性,按照“聯(lián)邦政府試驗(yàn)方法4046”使用靜電衰減儀測(cè)試了含有和不含有分散劑硫化膠的抗靜電性能。含有分散劑樣品的靜電荷快速地消散。通過(guò)加與不加分散劑的膠料表面電荷消散時(shí)間對(duì)比可知,在相對(duì)濕度為11·7%的條件下,不含HDI(A)和含3份HDI(B)的樣品,表面感應(yīng)+5 000和-5 000 V電荷消散的時(shí)間分別為:樣品A:正電荷 210 s,負(fù)電荷 136s;樣品B:正電荷 131 s,負(fù)電荷 102 s。分散劑在本試驗(yàn)條件下提高靜電荷消散的能力和在輪胎上實(shí)用時(shí)的相關(guān)性還待測(cè)定。
7 結(jié)語(yǔ)
研究了一種極性材料對(duì)膠料中白炭黑分散性的影響。對(duì)填充劑分散性和加工性能改進(jìn)的積極作用表明,值得對(duì)其在輪胎試驗(yàn)中進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià)。在高填充量白炭黑的膠料中它對(duì)消除靜電是非常有效的。
(王宇翔摘譯 涂學(xué)忠校)
譯自美國(guó)“Rubber Division 156th TechnicalMeeting”,Paper No.36
