趙志正　(中橡集團(tuán)西北橡膠塑料研究設(shè)計(jì)院,陜西咸陽(yáng)712023)　編譯

摘要:　文中介紹了俄羅斯新開(kāi)發(fā)成功的白炭黑Росил175的物理化學(xué)性能。分別將它及與其相近似的Zeosil 1165 MP加入丁苯橡膠,制成轎車輪胎胎面膠膠料及硫化膠,對(duì)它們的性能作了對(duì)比評(píng)估。與此同時(shí),還對(duì)含有硅烷的白炭黑Coupsil 8108、Coupsil 8113進(jìn)行了試驗(yàn)研究。將Росил175及Zeosil 1165MP分別跟有機(jī)硅烷Si-69一起加入膠料,對(duì)其配合性能也進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞:　二氧化硅填充劑(白炭黑);綠色輪胎;胎面膠

中圖分類號(hào):TQ 330.38+1　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　文章編號(hào):1671-8232(2006)11-0005-03

在轎車輪胎胎面膠中加大沉淀法白炭黑的用量的做法在其他國(guó)家早已十分普遍,而在俄羅斯的輪胎工廠中卻不常見(jiàn)。這是由于客觀原因所致。原因之一是,俄國(guó)還缺乏能夠滿足輪胎廠要求的物理化學(xué)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)的高比表面積白炭黑。

然而生產(chǎn)“綠色輪胎”已成為當(dāng)今時(shí)代的要求,所以俄羅斯就在工業(yè)化試生產(chǎn)的條件下,著手在轎車子午線輪胎胎面膠配方中對(duì)白炭黑填料進(jìn)行了試驗(yàn)研究。俄國(guó)БС-120白炭黑生產(chǎn)廠使用的是碳酸沉淀法工藝。這種生產(chǎn)工藝還需進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改進(jìn),才能生產(chǎn)出具有較高的比表面積和最佳結(jié)構(gòu)的白炭黑?！八鬟_(dá)”股份有限公司(斯捷爾里塔瑪克)研究開(kāi)發(fā)了俄國(guó)產(chǎn)白炭黑填充劑Росил175,根據(jù)氮吸附值,它的比表面積為161~190 m2/g。

大家知道,在使用白炭黑填充劑,并用硫黃硫化的情況下,必須在膠料配方中添加偶聯(lián)劑—硅烷。通常使用的是雙(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT),其牌號(hào)是Si-69。此外,許多廠商正在生產(chǎn)表面經(jīng)雙官能有機(jī)硅烷改性的不同牌號(hào)的白炭黑。

與含炭黑的胎面膠相比,含有白炭黑填充劑的橡膠一般可大大降低滾動(dòng)阻力,在濕路面上的高抓著力,其耐磨性與炭黑胎面膠相近。測(cè)定輪胎滾動(dòng)阻力及抓著力,在一般輪胎廠實(shí)驗(yàn)室的條件下是不可能做到。因此,為了對(duì)在試驗(yàn)室里制備的橡膠各項(xiàng)性能進(jìn)行表征,采用了某種程度上與上述各項(xiàng)性能有關(guān)聯(lián)的一些指標(biāo)。

文中對(duì)使用了物理-化學(xué)性能相近的Росил175和Zeosil 1165MP的轎車輪胎胎面膠性能進(jìn)行了對(duì)比和評(píng)估。此外,還饒有興趣地評(píng)估了橡膠的各項(xiàng)性能,具體條件是將白炭黑與雙官能有機(jī)硅烷(Si-69,德國(guó)德固賽公司產(chǎn)品)分別加入,膠料中含有預(yù)先經(jīng)Si-69改性的白炭黑。該文作者曾在試驗(yàn)室里對(duì)含硅烷的兩種二氧化硅白炭黑Coupsil 8108和Coupsil 8113(德固賽公司產(chǎn)品)進(jìn)行了試驗(yàn),并且,和Zeosil 1165 MP(法國(guó)羅地亞公司)進(jìn)行了比較,后者與有機(jī)硅烷Si-69一起添加。他們對(duì)俄國(guó)產(chǎn)的Росил175也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),Росил175也與Si-69一起添加。

為了評(píng)估白炭黑填充劑的性能,在標(biāo)準(zhǔn)膠料(前蘇聯(lián)技術(shù)條件ТУ2168-038-00204872-2001)中也進(jìn)行試驗(yàn)。膠料用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)煉機(jī)制備。試驗(yàn)表明,Zeosil 1165 MP具有最大的補(bǔ)強(qiáng)性能(見(jiàn)表1);在這種情況下,用MDR 2000測(cè)得的硫化膠的硫化特性及500%定伸應(yīng)力也比較高。含有Coupsil 8113的膠料具有最低的門尼粘度,這證明,含有這種白炭黑填充劑的膠料加工性能良好。

為了研究白炭黑填充劑對(duì)膠料物理機(jī)械性能的影響,曾制備了白炭黑含量不同的(10~50質(zhì)量份)的膠料,膠料組份不變。含硅烷的白炭黑填充劑的用量在11~55質(zhì)量份之間變化。試驗(yàn)對(duì)象是以丁苯橡膠БСК(100質(zhì)量份)+白炭黑(45)+П245炭黑(20)為基礎(chǔ)的環(huán)保型輪胎胎面膠料配方。

眾所周知,含有白炭黑的橡膠使用性能的平衡只有在精確地選擇混煉條件和正確地選擇交聯(lián)劑的前提下才能達(dá)到。該文作者曾經(jīng)選用

德固賽公司推薦的膠料的混煉條件。膠料用實(shí)驗(yàn)室密煉機(jī),采用兩段法制備。在第一階段,混煉周期之初將生膠投入,然后塑煉60 s,添加氧化鋅、白炭黑,硅烷和硬脂酸并混煉120 s,然后加入炭黑及ПН-6Ⅲ油,混煉270 s,再加入IPPD,ацетонанилР,蠟及古馬隆-茚樹(shù)脂。第一階段總的混煉時(shí)間為600 s。在第二階段添加硫黃和促進(jìn)劑CZ。

膠料性能取決于白炭黑的含量。對(duì)所得到的關(guān)系曲線的分析表明,加大白炭黑含量下,性能變化的特征與白炭黑的品種無(wú)關(guān)。這表明,白炭黑含量不同,含有Coupsil 8108的膠料的粘度最高,而含有Zeosil 1165 MP的膠料的粘度最低;含有Coupsil 8113和Росил175的兩種膠料的粘度居中,其中含有Росил175的膠料的粘度值與含Zeosil 1165 MP的膠料的粘度值十分接近(見(jiàn)圖1)。因此,同含有其它白炭黑的膠料相比,含有Zeosil 1165 MP膠料的加工比較容易進(jìn)行。最小扭矩的變化特征實(shí)際上是相同的(圖2)。然而,在白炭黑含量小的情況下(在30質(zhì)量份以下),最小扭矩值與白炭黑的品種無(wú)關(guān)。因此,根據(jù)未硫化膠料的性能,含有分別加入有機(jī)硅烷的幾種膠料,無(wú)論是含Zeosil 1165MP的還是含Росил175的,都表現(xiàn)出某些優(yōu)點(diǎn)。

填充Coupsil 8108白炭黑的硫化膠300%定伸應(yīng)力值最低(圖3)。白炭黑Coupsil 8113與Zeosil 1165 MP在膠料中的補(bǔ)強(qiáng)性能差不多。在滯后損失方面,含Zeosil 1165 MP白炭黑的膠料表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)(圖4)。

依照文獻(xiàn)[1]提出的方程式可預(yù)測(cè)所研究橡膠的內(nèi)聚特性。通過(guò)硫化膠的硬度和彈性指標(biāo)值可計(jì)算出摩擦系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn),摩擦系數(shù)的變化特征與白炭黑含量的相互關(guān)系,和白炭黑的牌號(hào)無(wú)關(guān)。但是,在文中所研究的白炭黑所有含量范圍內(nèi),含有Zeosil 1165 MP的膠料具有最高的性能指標(biāo)。

綜上所述,和含有Coupsil 8108及Coupsil8113的膠料和硫化膠相比,含有Zeosil 1165 MP和硅烷的膠料及硫化膠具有最優(yōu)異的性能。含有Росил175的膠料在綜合性能上,近似于含Zeosil 1165 MP的膠料,但是其粘度比較高。看來(lái),這是由于它在膠料中的分散度不夠高之故。很明顯,這與吸附表面的多相性及表面上的硅烷基團(tuán)的數(shù)量較少有關(guān)。Росил175的性能及表面特性的影響可作為下一個(gè)研究課題。

在混煉時(shí)間相同的條件下,加入預(yù)先改性的白炭黑,其優(yōu)越性就不能表現(xiàn)出來(lái),而這些優(yōu)越性正是基于填充劑表面發(fā)生疏水化,使該填充劑可快速地深入橡膠基質(zhì)中并分散開(kāi)。根據(jù)已獲得的數(shù)據(jù)可以確認(rèn),對(duì)俄國(guó)生產(chǎn)的Росил175白炭黑作進(jìn)一步優(yōu)化是可行的,使用它時(shí)要與其他補(bǔ)強(qiáng)劑分別添加,在制備階段不要對(duì)它進(jìn)行改性。