炭黑和氧化锌在轮胎橡胶中分散方法的研究解析

炭黑和氧化锌在轮胎橡胶中分散方法的研究解析

杨大伟

赛轮（沈阳）轮胎有限公司 辽宁 沈阳 100142

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

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、环保型轮胎的性能要求
　　科学技术的不断进步，各种环保轮胎不断生产和应用，但世界上没有统一的环保轮胎概念。一般而言，有利于保护生态环境的轮胎可以是环保轮胎，并且它们需要克服轮胎使用期间的滚动阻力。它消耗一系列能量，占汽车总燃料能量的很大一部分。为了提高轮胎的整体性能，必须降低轮胎的滚动阻力。
　　外胎噪音在驾驶过程中很常见，这对驾驶舒适性有一定影响。为了提高汽车的整体效率，必须使用环保轮胎来降低噪音并提高驾驶体验。环保轮胎无毒无害，所用原料环保。
　　轮胎生产技术的整体发展速度相对较快。这些技术具有一定的环境效益，可以满足高效轮胎生产的要求。与传统轮胎技术相比，低能耗轮胎生产技术消耗的能量更少。更受欢迎的环保轮胎，包括非悬挂链条和非镶嵌链条，具有较低的驾驶噪音，对路面的破坏性较小。它具有良好的抗湿滑性，是一种具有高应用性能的轮胎。
　　中国市场上的环保轮胎主要包括三种类型，即绿色轮胎，高性能轮胎和全天候轮胎。绿色轮胎排放的废物更少，燃油效率更低。超高性能轮胎具有高水平的减震和降噪性能，并且具有良好的舒适性。全天候轮胎的综合性能高，噪音低，灰尘少。总的来说，环保轮胎没有明确的均匀性概念，这是一种先进的轮胎设计和生产原则。

2、实验
　　2.1 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。
　　2.2 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）。
　　2.3 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。
　　2.4 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。

3、结果与讨论

中国正处于社会和经济转型时期。在此阶段，将使用半钢子午线轮胎和全钢子午线轮胎轮胎作为示例来分析在轮胎的不同部分中使用炭黑。胎面橡胶半钢子午线轮胎具有高拉伸强度，良好的抗撕裂性和低滞后损失率。它具有很强的耐磨性，其炭黑品种包括N121和N234。
　　带束层胶半钢子午线轮胎，对钢丝具有良好的附着力，硫化速度快。它具有很强的拉伸性和对钢丝的良好附着力。胎体橡胶半钢子午线轮胎具有高附着力，高抗撕裂性和长使用寿命。滞后损失率低，使用的炭黑品种包括N326和N375。

3.1 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]。
　　3.2 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]。
　　3.3 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]。

3.4炭黑生产中的问题及新品种的开发
　　（1）生产中的问题。为了改善轮胎的整体性能，有必要使用新的炭黑品种来减少轮胎滞后损失并减少轮胎使用期间的噪音。提高轮胎的抗湿滑性能，生产高性能环保轮胎。总体而言，中国的炭黑产品并不完整，这是制约？？中国轮胎生产行业的重要问题。在实际场景中，每个轮胎的生产需要七八种炭黑，而每个轮胎制造商需要十多种炭黑才能满足轮胎生产工作的要求。根据当前的经济发展趋势，如果不能对炭黑品种进行积极的研究和开发，肯定会对新轮胎技术的改进产生不利影响。为解决实际问题，中国炭黑生产企业必须提高新型炭黑品种的研发速度，开展不同类型炭黑的研发。在实际生产过程中，不同批次炭黑的性能存在明显差异。必须降低炭黑性能的挥发性，这需要优化炭黑的性能。
　　（2）新品种的开发。随着全球经济水平的不断提高，各种炭黑新品种不断发展，如多相炭黑，低滞后炭黑，反碳黑等。随着环保轮胎橡胶技术的不断更新，炭黑应用技术体系的新品种越来越健全，如橡胶和炭黑混合技术，连续液体混合和凝固技术。
　　炭黑品种的不断应用扩大了轮胎产品的销售市场，但总体而言，中国炭黑新品种的应用相对较少。中国的轮胎工业对炭黑新品种缺乏足够的重视，导致新的炭黑技术研发与轮胎的实际需求分离。这不利于新炭黑技术的推广和应用。在社会经济发展的现阶段，环保轮胎是未来轮胎工业发展的主流。

4、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）
[2]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）
[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）

[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）