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白炭黑是怎样影响胶料工艺性能和硫化胶性能的?
时间 : 2018-04-16 13:47 浏览量 : 275


一、白炭黑对胶料工艺性能的影响


(1)胶料的混炼与分散


白炭黑由于比表面积很大,总趋向于二次聚集,加之在空气中极易吸收水分,致使羟基间易产生很强的氢键缔合,进一步提高了颗粒间的凝聚力,所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多,而且在多量配合时,还容易生成凝胶,使胶料硬化,混炼时生热大。为获得良好的分散,就要求初始混炼时,保持尽可能高的剪切力,以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏,而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。为此,白炭黑应分批少量加入,以降低生热。适当提高混炼温度,有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分,降低粒子间的凝聚力,有助于白炭黑在胶料中的分散。


(2)白炭黑补强硅胶混炼胶中的结构控制;


白炭黑,特别是气相法白炭黑是硅胶的补强剂,但有一个使混炼胶硬化的问题,一般称为“结构化效应”。其结构化随胶料停放时间延长而增加,甚至严重到无法返炼、报废的程度。对此有两种解释,一种认为是硅胶端基与白炭黑表面羟基缩合;另一方面认为硅胶硅氧链节与白炭黑表面羟基形成氢键。


防止结构化有两个途径,其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质,如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。当使用二苯基硅二醇时,混炼后应在160~200℃下处理0.5~1h。这样就可以防止白炭黑填充硅胶的结构化。另一途径是预先将白炭黑表面改性,先去掉部分表面羟基,从根本上消除结构化。

 



白炭黑对胶料工艺性能的影响,白炭黑对硫化胶性能的影响

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(3)胶料的门尼粘度


白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下,因此在混炼白炭黑时,胶料的门尼粘度提高,以致于恶化了加工性能,故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。在IIR中往往加入石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类,用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异,一般可达15-30%。在NR中,以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果,合成的软化剂效果不大,矿物油的软化效果。


(4)胶料的硫化速度


白炭黑粒子表面有大量的微孔,对硫化促进剂有较强的吸附作用,因此明显地迟延硫化。为了避免这种现象,一方面可适当地提高促进剂的用量;另一方面可采用活性剂,使活性剂优先吸附在白炭黑表面,这样就减少了它对促进剂的吸附。


活性剂一般是含氮或含氧的胺类、醇类、醇胺类低分子化合物。对NR来说胺类更适合,如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亚甲基四胺等。对SBR来说,醇类更适合,如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。活性剂用量要根据白炭黑用量、PH值和橡胶品种而定,一般用量为白炭黑的


二、白炭黑对硫化胶性能的影响


白炭黑对各种橡胶都有十分显著的补强作用,其中对硅胶的补强效果尤为突出。


①大多数促进剂都是含有氨基,由于白炭黑的吸附作用以及与促进剂的反应,都会降低促进剂参加硫化反应的量。


②其本身呈酸性,不能活化大多数呈酸性的促进剂;


③白炭黑可以和活化硫化的锌离子反应而降低锌粒子的浓度。因此可以影响硫磺/促进剂体系的硫化效果。同时由于本身具有酸性,可显著降低过氧化物的交联速度和效率。还会使 DCP 在硫化时有难闻的气味。


白炭黑是一种补强效果仅次于相应炉法炭黑的白色补强剂。含一定量白炭黑的硫化胶与相应炉法炭黑(如HAF)补强的硫化胶相比,具有强度高、伸长率大,撕裂强度高、硬度高、绝缘性好等优点。通常将炭黑和白炭黑并用,可以获得较好的综合性能。





白炭黑对胶料工艺性能的影响,白炭黑对硫化胶性能的影响

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白炭黑对SIBR胶料性能的影响


SIBR具有NR,BR和SBR的结构单元,集成了NR,BR和SBR性能的优点。用SIBR作胎面胶主体材料,既可克服NR/BR/SBR共混胶微观相分离的缺点,又可解决胎面胶耐磨性能、抗湿滑性能和滚动阻力之间的矛盾,达到高性能轮胎对胎面胶性能的要求[3,4]。同时,使用白炭黑也是降低轮胎滚动阻力的有效方法。为促进SIBR在高性能轮胎中的应用,本工作研究白炭黑等量替代炭黑对SIBR胶料性能的影响。


1 实验

1·1 主要原材料

SIBR,St/Ip/Bd质量比为25/40/35,门尼粘度[ML(1+4)100℃]为78,北京燕山石油化工公司研究院中试产品;炭黑N375,天津海豚炭黑有限公司产品;易分散白炭黑,牌号Z 1165 MP,青岛罗地亚白炭黑有限公司产品。

1·2 胶料配方

SIBR 100,氧化锌 4,硬脂酸 2,软化剂8,防老剂 3.5,硫黄 1.5,炭黑N375、白炭黑、偶联剂Si69、促进剂NS 变量(见表1,其中


炭黑N375和白炭黑总用量为70份),其它 2.2。

1·3 试样制备

1#配方胶料采用常规二段混炼工艺混炼。一段混炼在1.57 L本伯里密炼机(英国FarrelBridge公司产品)中进行,加料顺序为:SIBR→小料→白炭黑→炭黑→软化剂;二段混炼加入硫黄和促进剂,在XK-160A型开炼机(上海橡胶机械厂产品)上进行。

2#~6#配方胶料采用三段混炼工艺混炼。一段和二段混炼在1.57 L本伯里密炼机中进行,一段混炼加入SIBR、白炭黑和炭黑,二段混炼加入小料和软化剂;三段混炼加入硫黄和促进剂,在XK-160A型开炼机上进行。

硫化在平板硫化机上进行,硫化条件为150℃×t90。


1·4 性能测试

(1)门尼粘度和门尼松弛试验在M200E型门尼粘度试验仪(北京友深电子仪器有限公司产品)上进行。门尼松弛试验条件为:温度 100℃,松弛时间 120 s。

(2)滚动损失在登录普旋转功率损失仪上测试。

(3)耐磨性能试验在LAT100型磨耗试验机(荷兰VMI公司产品)上进行。

(4)动态力学分析(DMA)在DTMA-Ⅳ型动态粘弹谱仪(美国Rheometric ScientificTM公司产品)上进行。测试条件为:频率 10 Hz,应变 0.5%,温度 -80~+100℃,升温速率 2℃·min-1。

(5)其它性能按相应国家或行业标准测试。




白炭黑对胶料工艺性能的影响,白炭黑对硫化胶性能的影响

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2 结果与讨论

2.1 白炭黑等量替代炭黑对混炼胶性能的影响

(1)门尼粘度和门尼松弛

门尼粘度和门尼松弛反映胶料的加工性能。门尼粘度小及门尼松弛时间(t70,t80和t90)短、应力松弛面积A(由截距k和斜率a计算得出)小,胶料的加工性能好。白炭黑等量替代炭黑对混炼胶门尼粘度和门尼松弛的影响见表2。从表2可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑的混炼胶门尼粘度稍有增大,门尼松弛时间t70和t80不变,t90稍有延长;白炭黑部分替代炭黑的混炼胶A稍有增大,完全替代炭黑的混炼胶A显著增大,这表明白炭黑等量替代炭黑,尤其是完全替代炭黑的胶料加工性能变差。


白炭黑等量替代炭黑对混炼胶门尼焦烧和硫化特性的影响见表3。从表3可以看出,白炭黑等量替代炭黑后,随着白炭黑用量的增大,混炼胶的门尼焦烧特性时间t5和t35及硫化时间t90延长,这是因为白炭黑粒子小、比表面积大,会吸附


胶料中的促进剂,使胶料的硫化速度下降。因此,在配方设计时,应根据白炭黑用量变化调整促进剂用量,避免胶料硫化速度过低。

2·2 白炭黑等量替代炭黑对硫化胶性能的影响

2·2·1 物理性能

白炭黑等量替代炭黑对硫化胶物理性能的影响如图1~5和表4所示。从图1~5可以看出,随着白炭黑用量的增大,硫化胶的拉伸强度、拉断




伸长率和定伸应力先增大,在白炭黑用量为25,40和10份左右分别达到值,其后减小;硬度略有降低;撕裂强度显著增大,在白炭黑用量超过50份后趋于稳定;回弹值先增大,压缩


温升和滚动损失先降低,在白炭黑用量为15~50份时变化不大,白炭黑完全替代炭黑后,回弹值增幅及压缩温升和滚动损失降幅较大。

从表4可以看出,全白炭黑硫化胶的耐磨性能优异;白炭黑用量为20和30份的硫化胶耐磨性能也较好,这可能是易分散白炭黑在胶料中的分散性较好,与橡胶之间作用强的缘故。

2·2·2 动态力学性能

硫化胶的DMA谱如图6所示,0和60℃时的tanδ值如表5所示。从图6和表5可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化胶的玻璃化温度向高温方向偏移,0℃时的tanδ值增大,60℃时的tanδ值减小,且白炭黑用量越大,60℃时


的tanδ值越小,这与滚动损失变化趋势吻合。这表明,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化胶的抗湿滑性提高,滚动阻力减小。


3 结论

(1)白炭黑部分和完全替代炭黑,SIBR硫化胶的耐磨性能总体改善,0℃时的tanδ值增大,60℃时的tanδ值减小,且白炭黑用量越大,60℃时的tanδ值越小。

(2)用20~30份白炭黑等量替代炭黑,可获得加工性能、综合物理性能、耐磨性能、抗湿滑性能好和滚动阻力小的SIBR胎面胶。

(3)硅胶厨具生产厂家伟顺硅胶针对白炭黑对胶料工艺性能的影响和白炭黑对硫化胶性能的影响的分析整理如上,如果还有其他相关问题可以直接咨询我们:400-0769-878



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