试析炭黑分散性对轮胎胎面胶性能的影响与优化

王树举

摘 要：当前汽车已经成为重要的出行工具，因此人们对汽车品质的要求逐渐提高。其中轮胎的性能也是人们关注的重点，传统轮胎存在耐磨性较差等问题，这严重影响了人们对汽车的使用。本文将全钢载重子午线轮胎作为研究对象，对炭黑分散性影响轮胎胎面胶性能的规律进行探索。

关键词：炭黑分散性;轮胎;胎面胶性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.008

炭黑作为橡胶补强填料，具有表面积大、粒径小、密度低的特点，其主要成分为碳元素，同时含有少量硫、氢、氧等元素。其中化学组成、聚集体质量、聚集体形态、表面积等是其性能差异的主要体现，胶料的性能与炭黑的分散性具有密切联系。混炼初期炭黑为较大的凝结块，由聚集体和与其相连的聚合物组成。随着混炼时间的增加，混集块受到剪力逐渐分散变小。炭黑在胶料中的分散性取决于其本身在胶料中的分布，通常情况下混炼条件、混炼程序、胶料配方、混炼设备等因素决定炭黑的分散过程。炭黑分散性对全钢载重子午线轮胎胎面胶性能的影响较大。

1 实验

1.1 原材料

天然橡胶，21#复合橡胶，产于马来西亚;炭黑N235，产于美国博特公司;橡胶工业常用原材料。

1.2 配方

全钢载重子午线轮胎的胎面胶配方是：NR（100）、炭黑N235（45）、白炭黑（15）、硬脂酸（2）、氧化锌（3）、偶联剂Si69（3）、防老剂（1.5）、防老剂4020（2）、硫磺（1.2）、促进剂CZ（1.5）。

1.3 仪器与设备

F-306型密炼机，产于英国法雷尔公司;XKR-663型开炼机，产于大连冰山橡塑公司;XLB-1型平板硫化机，产于青岛巨融机械技术有限公司;T2001E型电子式大力试验机，产于北京友深电子仪器公司;MDR2001型硫化仪、MV2001型门尼粘度仪、disperGRADERTM型炭黑分散仪器，产于美国阿尔法科技公司。

1.4 混炼工艺

胶料混炼分为两段，密炼机中进行一段、开炼机进行二段。密炼室温度应当控制在65摄氏度，转子转速为50rm，并按照生胶、炭黑、白炭黑和偶联剂Si69、排胶的顺序加料。开炼机进行二段混炼时应按照一段混炼胶、硫磺和促进剂、薄通三次、下片的顺序加料。

2 结果与讨论

2.1 密炼排胶温度对炭黑分散性的影响

混炼胶加入白炭黑时，一段密炼排胶温度对炭黑分散性影响较大。当温度处于150摄氏度以上是白炭黑与硅烷偶联剂的反应较好，混炼后期白炭黑会在白炭黑与硅烷偶联剂反应不充分的影响下产生严重团聚[1]。所以要通过提高炭黑分散性提升混炼胶质量，就要确定适宜的排胶温度。

在排胶温度低于生胶分解温度时，炭黑随着密炼排胶温度的升高在胶料中的分散性也会提升[2]。但是白炭黑与偶联剂Si69对反应温度也有相应的要求，所以炭黑分散性在密炼排胶温度为146～154摄氏度时较好[3]。

2.2 密炼能耗对炭黑分散性的影响

通常而言，混炼胶中炭黑分散性在相同混炼工艺条件下会随着密炼能耗的增加而提升。

混炼胶中炭黑的分散性随着密炼能耗的增大而提高。本实验中炭黑在密炼能耗为6.4KW.h左右时具有较好的分散性，增加密炼能耗会引起不必要的浪费[4]。

2.3 炭黑分散性对胶料性能的影响

通过对排胶温度调整，制备出的胶料具有不同的分散性，表1为炭黑分散性对胶料性能的影响。根据表1可知，在炭黑分散等级不断提升的过程中门尼粘度逐渐减小，焦烧时间不断延长，生热降低，耐磨性提升。轮胎使用寿命的标识是胎面胶的生热和磨耗量，不改变原料的情况下通过提升炭黑的分散性，能够实现胎面胶的生热和耐磨性能的提升[5]。

3 结语

提升炭黑分散性能是改善全钢载重子午线轮胎胎面胶加工工艺性能和加工安全性能的重要方法，对于轮胎物理性能、耐磨性能也具显著的效果。在低于生胶分解温度的情况下，提升炭黑的分散性可采用提高密炼排胶温度和密炼能耗的方法实现。本文对炭黑分散性影响轮胎胎面胶性能的实验进行了分析，并在此基础上研究了炭黑分散性对轮胎胎面胶性能的具体影响。但本文还存在一定局限希望行业人员能够加强重视，不断提升轮胎性能和质量。

参考文献：

[1]韩慧，李大为，陈志宏.白炭黑/炭黑并用比对轿车轮胎胎面胶性能的影响[J].轮胎工业，2012（09）：25-31.

[2]方晓波，廉杰，罗吉良等.炭黑品种对载重子午线轮胎胎面胶性能的影响[J].轮胎工业，2010（03）：94-98.

[3]朱永康.白炭黑/炭黑配比对载重轮胎胎面胶动态性能的影响[J].现代橡胶技术，2013（06）：24-29.

[4]朱永康.白炭黑/炭黑配比对载重轮胎胎面胶动态性能的影响[J].现代橡胶技术，2013（08）：24-29.

[5]延威，杨文真.白炭黑轮胎胎面胶动态力学性能的研究[J].橡胶科技，2015（09）：19-22.endprint