來(lái)林華

(杭州中策清泉實(shí)業(yè)有限公司，浙江 杭州 310000)

1 偶聯(lián)炭黑研發(fā)的背景

1980年，在輪胎中普遍推廣使用新工藝炭黑以來(lái)，炭黑研究人員就關(guān)注到新工藝炭黑的高生熱和引起輪胎質(zhì)量缺欠的問(wèn)題。

隨著民眾環(huán)境 安全理念的提高，環(huán)保安全法規(guī)的日趨嚴(yán)格，對(duì)輪胎性能提出了許多新的要求：①胎面有良好的耐磨性和較高的行速里程；②有低滾動(dòng)阻力，從而節(jié)省燃油， 減輕對(duì)環(huán)境的污染；③提高抗老化性、氣壓保持性和較高的翻新性，以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命；④提高干濕路面及冰雪路面上輪胎抓著力，保證行車(chē)安全性。

1990年米其林公司提出綠色輪胎的概念，1992年，米其林公司研制的乘用車(chē)綠色輪胎，使用高分散白炭黑/硅烷填料體系和特種溶聚丁苯膠，在不損壞胎面耐磨性能的條件下，降低了輪胎滾動(dòng)阻力還改善了抗?jié)窕阅?。白炭黑胎面膠料的開(kāi)發(fā)，展示了它在輪胎中應(yīng)用的亮點(diǎn)，同時(shí)也暴露了缺點(diǎn)：①較差的胎面磨耗；②改變了輪胎原有配方，需要附加混煉過(guò)程，改變混煉和成型工藝；③較高的生產(chǎn)成本；④白炭黑膠料較低的電導(dǎo)性，引起了一些儀電性能安全缺陷。市場(chǎng)迫使白炭黑研究人員和制造商加快了改進(jìn)的步伐。

自白炭黑∕硅烷體系胎面膠輪胎1995年投放市場(chǎng)以來(lái)， 這個(gè)補(bǔ)強(qiáng)體系仍在不斷改進(jìn)，在不斷地?cái)U(kuò)大它的市場(chǎng)份額。目前在歐洲，乘用車(chē)胎面膠中已有80%的炭黑被白炭黑所取代。對(duì)炭黑制造商、炭黑工作者來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)！這迫使全球的炭黑公司加大開(kāi)發(fā)力度，研發(fā)新型填料。

炭黑研發(fā)人員借鑒米其林公司綠色輪胎的思路，臆想研發(fā)炭黑∕硅烷偶聯(lián)劑硫化膠體系達(dá)到改進(jìn)輪胎工業(yè)對(duì)填料的改善滾動(dòng)阻力（節(jié)油）、抗?jié)窕裕ò踩裕┖吞ッ婺湍ゾC合性能（壽命、噪聲）的要求，提出了偶聯(lián)炭黑的研發(fā)。

2 偶聯(lián)炭黑的研發(fā)

利用硅烷偶聯(lián)劑與炭黑接枝，使硅烷偶聯(lián)劑均勻地包裹在炭黑表面上，制取硅烷偶聯(lián)炭黑，在混煉中改善與基質(zhì)膠等多相體系的界面相容性，使其易分散和易混，加快和增加炭黑對(duì)表面吸附物的吸收速度和吸收量，提升膠料的動(dòng)態(tài)性能，降低滾動(dòng)阻力、增加抗?jié)窕?，提高胎面耐磨性和運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性，改善橡膠的發(fā)熱性和增強(qiáng)橡膠的抗熱老化性的作用。

偶聯(lián)炭黑的研發(fā)采用新工藝炭黑生產(chǎn)線上外加一臺(tái)偶聯(lián)劑添加設(shè)備，在流程中加入偶聯(lián)劑，連續(xù)生產(chǎn)偶聯(lián)炭黑。

探索試驗(yàn)是在硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)線上進(jìn)行。在流程中外加一臺(tái)偶聯(lián)劑乳化設(shè)備及噴入裝置。炭黑反應(yīng)爐正常生產(chǎn)炭黑，偶聯(lián)劑添加器按偶聯(lián)要求噴入乳化偶聯(lián)劑，制取偶聯(lián)炭黑。在探索試驗(yàn)中，炭黑反應(yīng)爐按N234工藝生產(chǎn)炭黑，偶聯(lián)劑用Si69，生產(chǎn)N234的偶聯(lián)炭黑N2301。對(duì)N2301、進(jìn)口N134和進(jìn)口2125采用相同的硫化橡膠體系制取硫化膠試樣，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 原材料

天然膠(NR），天然橡膠，泰國(guó)泰標(biāo)20#；釹系順丁膠，北京燕山石化公司；炭黑N2301，杭州中策清泉實(shí)業(yè)有限公司；偶聯(lián)劑Si69，浙江金茂公司；N134， CABOT公司產(chǎn)品；2125，CABOT公司產(chǎn)品；其他為國(guó)內(nèi)常用供應(yīng)商產(chǎn)品。

炭黑試樣的化學(xué)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 炭黑試樣的化學(xué)數(shù)據(jù)

3.2 實(shí)驗(yàn)配方表2

硫化橡膠體系實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)配方表

3.3 主要設(shè)備與儀器

S(X)K-160A(6")開(kāi)煉機(jī)，上海德豐機(jī)電設(shè)備有限公司；XLB-U600×600平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司；Automfr100+流變儀，上海諾甲儀器儀表有限公司；Y3000E壓縮升熱試驗(yàn)機(jī)；北京友深電子儀器有限公司；EPLEXOR動(dòng)態(tài)黏彈熱譜分析儀，德國(guó)GABO公司。

3.4 混煉工藝

混煉工藝流程見(jiàn)表3所示。

本實(shí)驗(yàn)使用開(kāi)煉機(jī)法：

（1）炭黑在稱(chēng)量和混煉前應(yīng)在(125±2)℃烘箱中烘1 h。

（2）將混煉機(jī)輥距調(diào)至1.4 mm，輥溫控制在（70±5)℃。

表3 混煉工藝程序 （145℃×30 min）

（3）加天然橡膠使之包于前輥，割刀2次，時(shí)間為2 min。

（4）調(diào)輥距為1.65 mm，加硬脂酸，割刀1次，時(shí)間為2.5 min。

（5）加硫磺、促進(jìn)劑和氧化鋅，割刀2次，時(shí)間為2 min。

（6）加入全刀3次，時(shí)間為7.5 min。

（7）均勻加入全部炭黑，割刀2次，再將輥距調(diào)至1.9 mm，將散落在接料盤(pán)中的炭黑全部混入后，割0.8 mm，將打卷膠料豎立通 過(guò)輥隙6次。

（8）調(diào)輥距使膠片厚度不小于6 mm，將折疊的膠料片在輥隙間通過(guò)4次，時(shí)間為1 min。上述操作總計(jì)時(shí)間為(17.0±0.5)min。

（9）復(fù)核膠料重量并記錄?；鞜捄蟮哪z料質(zhì)量如果超出480.9～485.7 g范圍，則此輥膠料作廢。試樣制備膠料在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行塑煉和混煉，混煉膠采用流變儀測(cè)定，在電平板硫化機(jī)上硫化。

3.5 膠料性能

膠料的性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，輪胎檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

從表4、表5中膠料性能數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：

（1）采用相同配方和相同硫化工藝的情況下，N2301膠料60℃時(shí)tanδ小，即N2301的輪胎制品的滾動(dòng)阻力優(yōu)于N2125硫化膠,更優(yōu)于N234硫化膠的滾動(dòng)阻力。N2301硫化膠比常規(guī)炭黑和2125硫化膠的滾動(dòng)阻力低5.4%，表明N2301硫化膠輪胎比其他硫化膠輪胎的耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)能降耗。

（2）N2301硫化膠比N134硫化膠的壓縮疲勞溫升低7.7℃，與N134硫化膠相比降低了43%（壓縮數(shù)據(jù)不考慮，因膠料模量不同）。說(shuō)明N2301硫化膠的滯后損失小。

（3）N2301試驗(yàn)胎的耐久性上肩部裂與N134同等水平，但好于N2125，溝底裂也要好于N2125。

（4）使用富陽(yáng)N2301的試驗(yàn)胎其耐熱性最好，同N2125胎相比提升了19%。

表4 膠料性能數(shù)據(jù)

表5 輪胎機(jī)床測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

（1）N2301硅烷偶聯(lián)炭黑應(yīng)用在硫化橡膠體系中，N2301偶聯(lián)炭黑新產(chǎn)品在混煉中改善了與基質(zhì)膠等多相體系的界面相容性，使其易分散和易容混，可進(jìn)一步發(fā)揮炭黑的補(bǔ)強(qiáng)功能。N2301硅烷偶聯(lián)炭黑起到增加硫化膠的耐磨性，降低硫化膠的滾動(dòng)阻力,改善了硫化膠的動(dòng)態(tài)性能。

（2）硅烷偶聯(lián)炭黑的研發(fā)采用新工藝炭黑生產(chǎn)線上外加一臺(tái)添加偶聯(lián)劑添加設(shè)備，在流程中加入偶聯(lián)劑，連續(xù)生產(chǎn)硅烷偶聯(lián)炭黑,既保證原生產(chǎn)線的正常運(yùn)行又達(dá)到改變性質(zhì)的效果。

（3）本試驗(yàn)僅做了N234的硅烷偶聯(lián)炭黑N2301；可以依據(jù)市場(chǎng)需求，進(jìn)行系列硅烷偶聯(lián)炭黑的研發(fā)和應(yīng)用。

（4）偶聯(lián)劑有多個(gè)品種，本試驗(yàn)給多品種的偶聯(lián)炭黑的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了一條全新的路徑。

（5）炭黑/偶聯(lián)劑硫化橡膠體系可為輪胎的滾動(dòng)阻力、耐磨性和濕滑性能的三者相悖的“魔鬼三角”