何　燕,張方良,馬連湘(青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,山東青島　266061)

作者簡介:何燕(1973-),女,山東青州人,青島科技大學(xué)講師,華中科技大學(xué)在讀博士研究生,主要從事輪胎溫度場及材料熱物理性能的分析研究。

輪胎的滾動(dòng)阻力和輪胎與干濕路面的抓著性能有特別重要的意義。滾動(dòng)阻力與輪胎胎面膠料的滯后生熱有直接關(guān)系,低滯后的膠料有利于降低油耗;輪胎與干濕路面的抓著性能關(guān)系到輪胎的磨耗和使用安全。這些性能在很大程度上決定了輪胎的使用壽命。炭黑是一種有效的補(bǔ)強(qiáng)劑,多年來國內(nèi)外學(xué)者從不同方面就其對(duì)膠料性能的影響進(jìn)行了廣泛的研究[1~3],但很少有資料就炭黑對(duì)膠料滯后損失的影響及其填充胎面膠與干濕路面的抓著性能進(jìn)行直接研究。

本工作探討炭黑品種和用量對(duì)膠料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響,研究炭黑填充胎面膠的滯后損失、濕抓著性能和冰面抓著性能。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　主要原材料

BR(牌號(hào)9000)和SBR(牌號(hào)1502和1712),中國石化齊魯石油化工股份有限公司產(chǎn)品;炭黑N339,N351和N375,天津海豚炭黑有限公司產(chǎn)品。

1.2　基本配方

SBR1502/SBR1712/BR　100,芳烴油　16,氧化鋅　2. 2,防老劑　5. 5,硬脂酸　1. 7,促進(jìn)劑　1.15,防焦劑　0.43,炭黑　變品種、變量。

1.3　主要儀器與設(shè)備

DMA242/1/F型動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀,德國耐馳公司產(chǎn)品;本伯里1.7 L密煉機(jī),益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品;X(S)K-160型開煉機(jī),上海雙翼橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品;HS-100T-FT-MO-2RT型平板硫化機(jī),佳鑫電子設(shè)備科技有限公司產(chǎn)品。

1.4　膠料制備

膠料混煉分兩段進(jìn)行,一段在密煉機(jī)中進(jìn)行,二段在開煉機(jī)上進(jìn)行。防老劑和芳烴油在一段混煉時(shí)加入,硫黃和促進(jìn)劑在二段混煉時(shí)加入,膠料混煉均勻后壓片。

混煉膠停放48 h后在平板硫化機(jī)上硫化,硫化條件為160℃×15 min。硫化膠用模具壓成標(biāo)準(zhǔn)試樣以進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)。

1.5　性能測試

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試溫度范圍為- 100 ~100℃,頻率為10 Hz,應(yīng)變振幅為120μm,升溫速率為3℃·min-1。

2　結(jié)果與討論

2.1　炭黑品種

炭黑品種(用量均為80份)對(duì)胎面膠動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)曲線的影響如圖1所示。

從圖1可以看出,不同品種炭黑填充的胎面膠均只有一個(gè)玻璃化溫度(Tg),說明3種并用橡膠SBR1502,SBR1712和BR的相容性較好;炭黑品種對(duì)胎面膠Tg的影響不大且變化趨勢(shì)基本相同;不同品種炭黑填充胎面膠的損耗因子(tanδ)峰值卻明顯不同,這與炭黑的結(jié)構(gòu)和比表面積有關(guān)。

通常用1~110 Hz下,-20℃左右胎面膠的tanδ值表征輪胎在冰路面上的抓著性能,0℃左右胎面膠的tanδ值表征輪胎的抗?jié)窕阅?50~80℃胎面膠的tanδ值表征輪胎的滾動(dòng)阻力[4,5]。本研究在試驗(yàn)條件下分別用-20,0和60℃下胎面膠的tanδ值來表征輪胎的冰面抓著性能、抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力。

在試驗(yàn)條件下,炭黑品種對(duì)胎面膠冰面抓著性能、抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力的影響如圖2所示。從圖2可以看出,在3種炭黑填充的胎面膠中,炭黑N351填充胎面膠的冰面抓著和抗?jié)窕阅茌^好,其滾動(dòng)阻力也最小。

綜合圖1和2可以看出,不同品種炭黑填充胎面膠tanδ峰值越大,滾動(dòng)阻力越小,而抗?jié)窕捅孀ブ阅茉胶谩?/p>

tanδ也是橡膠材料滯后性能的衡量指標(biāo)。在20~80℃的溫度范圍內(nèi),不同品種炭黑填充胎面膠的tanδ值和儲(chǔ)能模量(E′)的關(guān)系如圖3所示。

從圖3可以看出,炭黑N351和N375填充胎面膠的tanδ值和E′的關(guān)系變化趨勢(shì)基本一致,但在相同的溫度下,炭黑N351填充胎面膠的E′大于炭黑N375填充胎面膠,而tanδ值卻與之相反;在相同的E′下,炭黑N351填充胎面膠的tanδ值小于其它2種炭黑填充胎面膠。炭黑N339填充的胎面膠在同樣的E′下的tanδ值比其它2種炭黑填充的胎面膠大很多,說明炭黑N339填充胎面膠的粘性最大,其滯后損失也最為嚴(yán)重。在同樣的E′下,3種炭黑填充胎面膠在低溫時(shí)tanδ值的變化均小于高溫時(shí)的變化,說明隨著溫度的升高,胎面膠的粘性越來越高。

2.2　炭黑用量

炭黑N351用量對(duì)胎面膠DMA曲線的影響如圖4所示。

從圖4可以看出,隨著炭黑N351用量的增大,胎面膠的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域逐漸變窄,tanδ峰值逐漸變小,且Tg也逐漸降低。

在不同溫度下,炭黑N351用量對(duì)胎面膠tanδ值的影響如圖5所示。從圖5可以看出,隨著炭黑N351用量的增大,-20和0℃胎面膠的tanδ值逐漸降低,說明輪胎的冰面抓著和抗?jié)窕阅芫S炭黑N351用量的增大逐漸降低;而60℃下胎面膠的tanδ值先增大后減小,說明輪胎滾動(dòng)阻力隨炭黑N351用量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

炭黑N351用量為75份時(shí),胎面膠的Tg最高,其干濕路面抓著性能最好,滯后損失也最小。炭黑N351用量對(duì)20~80℃下胎面膠的tanδ值和E′的影響如圖6所示。

從圖6可以看出,隨著溫度的升高,胎面膠的tanδ值和E′均呈下降的趨勢(shì),即胎面膠的性能呈下降趨勢(shì)。但隨著炭黑N351用量的改變,胎面膠性能下降的幅度不同:炭黑N351用量越大,胎面膠性能下降的幅度越小,說明隨著炭黑N351用量的減小,胎面膠滯后性能的變化趨勢(shì)比E′明顯。

3　結(jié)論

(1)炭黑品種對(duì)胎面膠Tg的影響不大,但不同炭黑填充胎面膠的tanδ峰值卻明顯不同;炭黑N351填充胎面膠的滾動(dòng)阻力較小,冰、濕路面抓著性能也較好。

(2)炭黑N339填充胎面膠的粘性較大,其滯后損失也較為嚴(yán)重。在同樣的E′下,3種炭黑填充的胎面膠在低溫時(shí)tanδ值的變化均小于高溫時(shí)的變化。

(3)炭黑N351填充胎面膠的tanδ峰值隨其用量的增大而降低,其位置也隨炭黑N351用量的增大而向低溫方向移動(dòng)。

(4)75份炭黑N351填充胎面膠的干濕路面抓著性能較好,滾動(dòng)阻力也較小。

(5)在20~80℃的溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,胎面膠的E′和tanδ值均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì),但隨著炭黑N351用量的不同降幅也不同,炭黑用量越大,降幅越小。

參考文獻(xiàn):

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[5]佚　名.按胎面膠動(dòng)態(tài)試驗(yàn)確定充氣輪胎的滾動(dòng)阻力和抓著性能[J].畢蓮英譯.世界橡膠工業(yè),2001,28(1):44-49.