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测试与分析 黄元昌·提高载重轮胎耐磨性的窄聚集体尺寸分布炭黑

大的炭黑团聚体一样都对橡胶增强没有贡献，则提高 相应的橡胶性能对比，则可看出，橡胶混炼中总缺陷
材料的耐磨性能只能通过使小炭黑聚集体更好地分散 面积低于 2%，表明聚集体的分散效果优异。而值得注
来完成。 意的是，窄 ASD 牌号的炭黑均具有较低的表面形状测
量平均值，因而在相同的混炼条件下具有更高的分散
性。就橡胶的静态和动态性能而言，则表现出很大的
差异。而较高的模量和动态刚度表明橡胶已获得较高
的补强作用。但较高的模量，并未伴随应变行为的大
幅降低或较高的滞后损失。无论是扯断伸长率还是损
耗因子（tanδ）均处于相同的水平。则可看出，与通
用的 ASTM 标准 N134 炭黑相比，窄 ASD 的 EB262
炭黑制得橡胶产品具有优异的综合性能，在保持滚动
阻力恒定的情况下，可改善载重汽车轮胎胎面胶料的

图 2 EB262 和 N134 炭黑的 ASD 耐磨性能。
而 耐磨 性 能 根据 ISO23233 标 准采 用 LAT100 磨
2 窄 ASD 对橡胶性能的影响 耗试验机在实验室中进行测试。在严格的条件下，耐
一旦当比表面积炭黑用于载重汽车轮胎胎面胶 磨性提高了 7%~11%（平均提高为 8%），为证实实验
时，则其 ASD 曲线对橡胶的最终性能有很大的影响。 室的数据，将翻新后的载重汽车轮胎安装在驱动轴上
由于炭黑的分散效果对材料的耐磨性十分重要，而目 进行了轮胎磨耗测试。在运行 60 000 km 后，轮胎的
前的研究开始更多地关注于炭黑的分散混炼工艺。现 耐磨性提高了 9%，而在测试鼓上测得的滚动阻力值
有橡胶密炼机的主要区别在于转子的形状和尺寸。市 基本保持不变（如图 3 所示）。
场上有切向型 (N 型 ) 和啮合型 (E 型）两种密炼机。
表 2 天然橡胶新型胎胶配方
N 型密炼机具有价格低廉和产量比较高的特点，使其
组分 用量 / 份
成为轮胎工业炭黑混炼的先进设备。而相比之下，E 第一步混合
马来西亚标准胶 SMR10 100.0
型密炼机混炼技术则多用于乘用车胎胎面胶硅 - 硅烷
炭黑 52.0
体系的混炼，其较高的冷却能力使其可精确地控制所 ZnO 3.0
硬脂酸 3.0
需的硅烷化反应，在相同的混炼条件下，E 型密炼机
促进剂 6PPD 1.0
能使 N220 系列炭黑具有更佳的分散性能。在对高比 臭氧保护蜡 1.0
防老剂 TMQ 1.0
表面积的 N134 炭黑及 EB262 炭黑分别所做的混炼
第二步混合（150℃，12 min）
研究，证实了这一相关性的正确性。这一研究结果可 硫磺 1.5
硫化促进剂 TBBS-80 1.2
用于密炼周期的优化，以便进一步来评估窄 ASD 炭
150℃，硫化 12 min
黑。
而在容积为 1.5 L、转子为交叉式实验室型 E 型 表 3 含 N134 炭黑和 EB262 炭黑轮胎胎面胶性能比较
炭黑品种
密炼机上（GK1.5E）进行新型窄 ASD 炭黑的性能试验。 项目
N134 EB262
在天然橡胶载重汽车轮胎配方中加入 52 份炭黑（见表 邵尔 A 硬度（23℃） 64 67
100% 定伸应力 /MPa 2.6 2.9
2）。采用两步法进行混炼，炭黑在第一阶段混炼中分
300% 定伸应力 /MPa 13.7 15.3
2 次加入。炭黑聚集体的分散状态可以通过每次混炼 拉伸强度 /MPa 26.6 28.0
阶段后刀片切成样品的表面形状测量来表征的。该方 扯断伸长率 /% 513 507
复数模量 /MPa 9.3 10.2
法是基于含未分散炭黑聚集体橡胶的模量高于炭黑聚 tanδ 0.15 0.16
集体分散均匀的橡胶的模量这一事实。生成胶料表面 总缺陷面积 /% 0.8 1.5
耐磨性能 ( 平均 )/% 100 108
的粗糙度与其下的炭黑分散直接相关。按照总缺陷面
注 ：拉伸性能测试温度 23℃，哑铃状样品，动动机械性能测试
积，评估出具有 2~30 μm 高的缺陷面积，表 3 列出了
条件为 16 Hz（50±25）N，60℃。
2018 第 44 卷 ·61·
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