[转帖]具有高耐磨性、低滞后性和良好抗撕裂性的炭黑(下)

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骨架测量表明，炭黑A的分支聚集体(重量百分比)的平均数量比N115稍低，而比N121低得多。聚集体形状类别的特点说明炭黑A的低吸留容量的椭球形聚集体所占百分比更大。炭黑A的分支形聚集体的百分比相对更低。至于在△B50，炭黑A比N115稍低，但这两种炭黑比N121都大得多。
   表3 电子显微镜(EM)形态参数
2 u8 V4 z" p5 l8 C0 A9 j  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
  用CAB(醋酸丁酸纤维素)漆片分散体进行粒子分析
- j" R' B8 m! `2 f  (ASTMD3849)
! q) ~! y1 R5 E, t1 `2 k  ─────────────────────────
( l# B$ o$ ?: {- r5 ?   炭黑A N115 N121
6 d# Y, @( C+ o% \- U1 z% W  平均粒径，nm 17.4 17.5 18.5
' g  E7 U# A1 s" K* N! ~- v' l  重均粒径，nm 26.8 28.1 28.8
; K( R, M, Y8 t# s" X% |  不均匀性指数 1.54 1.56 1.56
  EM比表面积，m^2/g 141 136 124
4 J4 t2 B$ c' {: j( U) v, z  ─────────────────────────
* C( |4 F5 }# l5 T  z   干态下的聚集体尺寸分析
. B) M3 h% ?; O  ─────────────────────────
  平均粒径，nm 71.3 63.0 84.2
# j$ R4 ~. H8 C  重均粒径，nm 139 135 181
  不均匀性指数 1.95 2.14 2.16
  聚集体内吸留值V'/V 1.85 2.12 2.50
  干态下的结构骨架分析
$ x9 }8 D+ ~' P9 a1 p  平均聚集体分支，wt% 11.2 11.6 26.2
  ΔB50* 11.1 12.9 31.0
  ─────────────────────────
( y, o2 z+ a/ y' j* G   聚集体形状类别的重量百分比
  ─────────────────────────
  1-圆形 0.8 0.6 0.4
' U; K/ P1 A5 y1 w4 c; q  2-椭球形 17.2 13.6 8.8
( f8 _4 J! Z0 Y  [' \  3-线条形 41.8 48.8 28.7
  4-分支形 40.2 37.0 62.1
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   *：分支聚集体的分布曲线半高宽度(以重量百分比为准)。
, Z7 |+ G7 q+ P" }0 X2 {" s1 F  \   Ⅲ、炭黑A在TBS/RT胎面胶料中与常规炭黑相比的性能优点
   为了证明炭黑A在TBS/RT胎面胶料中与常规炭黑相比的性能优点，进行了两个实验。第一个是用采用传统混炼工艺的NR载重车胎胎面胶料(表4)，将炭黑A跟N121、N115和N110相比较。胎面炭黑的加入量固定在50份。该胎面胶料不充油。
; F: \2 ?; i  w8 e5 e$ v* w) W  表4 实验1-天然橡胶胎面胶料
  ━━━━━━━━━━━━
  成分 份数
  ────────────
: X" N1 C' `+ M+ ^# {2 o5 ~  NR① 100
  炭黑 50
  氧化锌 4
  硬脂酸 1.5
  微晶石蜡 1
/ t0 G1 U; p( q  e- L  抗降解剂② 2
  抗氧化剂③ 1
5 g& l, x2 D$ o9 J' g1 G3 A  促进剂④ 1.6
. r2 X/ F- a* |( V  硫磺 1.2
  }+ ]* s- G( R9 i! u, k  总计 162.3
  ━━━━━━━━━━━━
5 i. O) A( M& A% }- c6 t4 Q   ①：SMR-CV60；②：N-苯基-N'(1,3-二甲基丁基)-对苯二胺；③：辛基化二苯胺；④：N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺。
   第二个实验以NR/BR(65/35)胎面胶料(表5)为基料。其中每种胎面炭黑的聚合物相分布由上述的NR和BR各自的炭黑母炼胶组成的混炼胶来控制。在这个实验中，胎面炭黑(炭黑A、N110、N115、N121和N234)在NR相中加入的量更多，这样就可获得抗撕裂强度、抗疲劳性、生热性和滞后性等性能的最佳平衡。第二种胶料中胎面炭黑的加入量和充油量分别为60份和25份(以胶料为100份)。
' |3 Q) Y7 W6 b  表5 实验2-NR/BR胎面胶料
  ━━━━━━━━━━━━━━
  成分 份数
! s! t( A5 ^& ?9 w" j: M  ──────────────
  NR① 65
  BR1207 35
  炭黑 60
  芳香油② 25
6 p' Y8 s! z4 e# N( q2 [, a  氧化锌 3.75
; l, t2 t/ D; g3 l8 z. j  硬脂酸 2.5
1 E- r+ v7 V+ {/ }0 @, K; p  抗降解剂③ 2
9 Y* i- `7 N) p  促进剂④ 1.2
  硫磺 2.5
$ m5 b! m, M  y  _4 ~# h% J  总计 196.95
6 h. \1 t2 a1 F$ b* _  ━━━━━━━━━━━━━━
   ①：SMR-CV60；②：ASTM102；③：N-苯基-N'(1,3-二甲基丁基)-对苯二胺；④：2(吗啉基硫代)苯并噻唑。
4 N: ?; K$ ]1 J+ D* M   实验1和实验2中所有的NR和NR/BR胶料都分别用BR班佰里密炼机根据W.M.Hess等人所介绍[橡胶化学工艺，58，350(1985)]的程序制备母炼胶。在实验2中，NR母炼胶和BR母炼胶在用班佰里密炼机混炼前都分别冷却了一整夜。实验1中的母炼胶在冷却了一整夜之后，通过双辊开炼机加入硫化剂，然后立即混炼实验2的两种母炼胶。所有的这些胶料的分散指数都能达到95以上。
   实验2中的NR母炼胶含76.2份(以橡胶为100份)胎面炭黑，BR母炼胶中含30份同样的胎面炭黑。母炼胶的制备过程限制了胎面炭黑在混炼过程中的运动，这样就减少了胎面炭黑的相间转移。在加入硫化剂之前，加入适量的硬脂酸和抗降解剂，然后混合两种母炼胶以达到65/35的NR/BR共混胶。胎面炭黑在最终共混胶中的含量是：NR中为49.5份(82.5%)，BR中为10.5份(17.5%)。
) t* n# S$ c6 G" F% \   预测动态性能实验
7 f" c& `6 o6 _2 a   用英斯特郎1332型非共振动态试验机来测定用于预测实验1和2的胎面胶料的滚动阻力和牵引性等动态性能(表6)。
   　　 表6 预测车胎性能的动态试验条件
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   车胎滚动阻力的 车胎牵引性的
   预测条件 预测条件
; B" |9 H* y1 E5 x( s  ────────────────────────────
  频率，Hz 10 0
) D/ X, x, c* a/ t  温度，℃ 50 0
  应变振幅，DSA,% 7.5 25
  相关的性能 tanδ 损耗柔量
* ]- D! w& q) A! Y* V. W+ G) y   (D")-干路面牵引性
  　　　　　　　　　　　　　　　　损耗模量
   (E")-湿路面牵引性
$ X0 u1 g. S: L8 B  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
  m, f6 L" ^3 D: [   滚动阻力预测值是基于在50℃压缩条件下的tanδ测量值，并与N220比较进行了说明。湿、干路面牵引性预测值分别以损耗模量(E)和损耗柔量(D")的测量结果为基础；在0℃压缩条件下测得。
. T7 b* F5 p8 Y) l( E# j$ E3 G+ v% ?7 u   胎面耐磨性试验
   胎面耐磨性试验只采用了实验1中的NR胎面胶料，在德克萨斯试车跑道上进行，并和比较炭黑N110相比较。单胎面胶料翻新胎冠用在新的轿车子午胎的胎体 (P195-R75-14) 上。总磨耗率为7600km/mm(120英里/密耳)，车胎的寿命估计为14500km(9000英里)。虽然未必能反应在载重车胎使用时的实际性能，但这些胎面耐磨性的测量结果却能为这些胎面炭黑提供性能好坏的相对比。
6 e, l2 R2 S3 j+ ]+ C   撕裂试验
9 v- G  l# N) f( Z! J0 g& _   采用改进的裤形撕裂试验测定了撕裂能。在100℃和8.5mm/s的条件下，每种胶样要试验8个试样。
4 i5 t. |' d( ?: C3 s   测定了两种抗撕裂性：抗撕裂强度和不连续撕裂指数。抗撕裂强度定义为平均负荷值除以试样厚度之商。不连续撕裂指数是平均撕裂负荷和平均负荷之差沿预定路径的撕裂扩大终止处。
* h3 V+ j7 O5 p) P3 V4 p9 I. r   疲劳试验/割口增长试验
1 y, @* b  B% I   这两个试验是在孟山都疲劳破坏试验机上恒定应变周期下进行的。在疲劳试验中，每个胎面胶料(没有中间割口)在0-90%的应变条件下使用了8个哑铃形的试样。疲劳数据是63.2%试样失效时的千次数(特征疲劳寿命)，根据威布尔分布函数来确定。割口增长试验中，每个胎面胶料需要8个哑铃形疲劳试验试样，每个试样有一个0.5mm(0.2英寸)的中间割口。采用了一个提供0-68%应变的凸轮。每个胎面胶料的8个试样的平均失效千次数可用来评价其性能。
   实验1-NR胎面
   表7列出与3种传统胎面炭黑相比，炭黑A在NR胎面橡胶内的性能和预测的车胎性能。和N110和N115相比，炭黑A能达到预期的补强水平(相同的静态模量、弹性模量、拉伸强度和硬度)。还发现和N110和N115相比，炭黑A具有稍高的回弹性和更低的预定滚动阻力。这说明炭黑A具有优良的低滞后性能。
   表7 炭黑在NR胎面胶料中的性能
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
  t' \: t' P7 I4 M   炭黑A N115 N110 N121
' w+ ?. ^" a5 x  ──────────────────────────────
   应力-应变
- _; Y$ M" ]4 X& J# z1 H  ──────────────────────────────
  300%定伸应力，MPa 14.1 13.4 14.0 16.5
. q% V4 w* E0 {4 q- i  拉伸强度，MPa 32.5 31.8 31.5 32.3
  伸长率，% 591 607 596 560
  肖氏硬度 59 60 59 60
  门尼粘度， 69.6 76 70 73
# W$ W# K# }. L( E7 p3 S0 Y" e  ML1+4，100℃
! I* \6 G7 ^5 |: \6 Y  ──────────────────────────────
   滞后性能，Goodyear-HEALEY
  ──────────────────────────────
  回弹率，% 67.6 66.0 67.3 67.3
) F9 i. @) J, R2 W  @  ──────────────────────────────
- y% F4 j& z$ Q4 u2 N4 |   动态性能-滚动阻力条件
# g& y) {1 P; e$ u/ u  ──────────────────────────────
  E'，MPa 8.27 9.13 8.20 8.53
+ t& f$ ^% ^' i- f/ ?0 C  E"，MPa 1.08 1.32 1.12 1.04
  预定滚动阻力，% 82.7 85.8 84.0 80.8
  tanδ 0.131 0.145 0.137 0.122
  ──────────────────────────────
7 b; A* G" U; o4 D0 d; L   改进VEITH裤形撕裂
* \7 q5 E# \: a2 C! Y  ──────────────────────────────
  撕裂强度，kN/M 82.6 81.3 49.3
" k, t9 v2 I4 ~# G  V4 s  不连续撕裂指数， 27.5 26.0 23.6
- F# @: \0 w) f( Q' {+ v9 q  kN/M
1 M; e) |! l7 ~) [, I( E+ M5 L  ──────────────────────────────
5 s! P& E8 m  M; t' ]   耐磨性能
  ──────────────────────────────
  胎面磨耗率，%N110 107.2 100 107.4
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
* J- r- K' }- {; g- ?. N( t   已发现，载重子午线车胎胎面的生热性主要与其损耗模量(E)有关。由此可知，炭黑A在这种胶料中的预测生热性与N121和N110相同，比N115稍低。这些补强性和滞后性和先前已讨论过的炭黑A的结构-细度-空隙率关系相一致。
2 Q2 {4 ~! w4 N+ `   这些胎面炭黑的伸长率在560%-607%的范围内，炭黑A的伸长率为591%，和N110相同。这四种胎面炭黑在165℃下的流变仪硫化速率测定值(T90)都相同。
   就门尼粘度这一特性而言，观察到炭黑A在此胶料中达到了最低程度(69.6单位)。这个较低的门尼粘度特性意味着，用这种新胎面炭黑替代常规品种的胎面炭黑也不会负面影响胎面胶料的加工特性。
   和N121相比较，炭黑A具有更低的模量(静态模量和弹性模量)、稍高的滞后性和相近的拉伸强度，其硬度也稍低。而且还观察到，炭黑A在橡胶内的两个相关特性即抗撕裂强度和胎面耐磨特性都有所改善。还用NR胎面胶料的抗撕裂强度对炭黑A、N115和N121进行了比较。炭黑A的抗撕裂强度和N115的相同，同时大大地高于N121。就不连续撕裂指数而言，我们可以看到一个差别不大的相似结果。在胎面耐磨性方面，炭黑A和N121相同，但比N110好得多。
7 ^0 ~" i% Q- l' L2 x   由上述情形明显可见，在TBS/RT中炭黑A的性能比常规胎面炭黑优越。这些改进的性能是：抗撕裂强度更大、胎面耐磨性更高、生热性更低和滚动阻力更小。
   实验2-NB/BR胎面
2 `& d$ z- {# x% q9 F0 Y   表8列出了在NR/BR胎面中炭黑A与N110、N115、N121以及N234的橡胶性能和预测轮胎性能。就补强性和回弹性而言，炭黑A的性能优势和它在实验1的NR胶料中的性能优势是一致的。正如预期的一样，与N234相比，炭黑A具有稍低的定伸应力、相同的硬度、稍高的拉伸强度和更低的回弹性。
   表8 炭黑在NR/BR胎面胶料中的特性
! \% h" J' l7 M& B& w3 U1 R  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   炭黑A N115 N110 N121 N234
- q6 }9 s" t# u% f" e  ───────────────────────────────
: ]' N, Z% h$ s1 d   应力-应变持性
  ───────────────────────────────
$ Y7 f$ \/ \! w0 z% @  300%定伸应力，MPa 9.43 7.53 8.69 12.07 10.26
% y" E* ~$ C! R, ?  拉伸强度，MPa 23.11 21.66 21.61 22.83 22.06
* G! n0 z+ c7 z  伸长率，% 593 616 634 519 556
  肖氏硬度 55 53 54 56 55
  P: }4 c" S# C1 E: ^3 E: L  ───────────────────────────────
8 t) x) C5 S2 P7 \' b" L- g  滞后性
8 \, e7 e: }, U! }' W7 ^  ───────────────────────────────
/ \$ w# R2 C# R$ Y" w* i. `6 @  ZWICK回弹率，% 53.0 51.5 50.2 52.5 51.8
  生热性，℃ 49.5 52.2 50.6 49.4 48.3
0 A6 M4 t0 ~- _+ V  ───────────────────────────────
   破坏试验
! E9 g$ `' [, |' r- u- O  Z0 Y  ───────────────────────────────
: d8 {' m$ F# j$ R9 f  e  割口增长，KG 97.2 61.8 86.0 78.8 55.2
  疲劳，焦烧寿命，KC 706 636 673 607 692
" S3 x. C2 ]( X3 ~# ]2 F- ^% S& Y  ───────────────────────────────
3 H9 X2 x( T, T" `: N   动态性能-滚动阻力条件
2 c+ v# L: b- G) c0 G8 |* W# g  r  ───────────────────────────────
! V" \5 x, ]; {  E'，MPa 7.88 6.89 6.97 8.10 7.17
2 v$ l; N. {; D& h& |9 ^/ V& c  E"，MPa 1.25 1.18 1.19 1.25 1.10
  预定滚动阻力，% 88.3 91.4 91.4 8.77 8.77
" M! C& R; D5 H  tanδ 0.159 0.171 0.171 0.154 0.153
+ d' o" a9 o8 a# K3 r6 ]  ───────────────────────────────
- z: C7 x4 o+ ^4 P7 k/ O; V   动态特性-牵引性条件
  ───────────────────────────────
: R9 \0 X9 G1 q8 p- m  E"，MPa 1.26 1.23 1.18 1.32 1.26
! v0 c  x6 b/ c) A  D"，1/MPa 0.0295 0.0325 0.0304 0.0257 0.0295
! C, G8 c8 S- P0 B+ S9 O! H  ───────────────────────────────
   改进VEITH裤形撕裂特性
  ───────────────────────────────
: J; r# A5 L+ ^- l* }. O  撕裂强度，kN/M 62.3 56.6 57.0 39.0 61.1
  不连续撕裂指数， 18.5 18.1 17.9 10.3 22.2
2 _- ^+ `. U2 ~2 i( u- j  kN/M
. }( O* W0 T# s  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   这些胎面炭黑的伸长率在519%-634%的范围内，炭黑A(593%)的伸长率比N110(634%)和N115(616%)的小(见表8)。这些胎面炭黑在这种胎面胶料中的流变仪硫化速率都相同。炭黑A表现出来的生热性和预定滚动阻力和N121相等。炭黑A的生热性稍高于N234，其预定滚动阻力几乎和N234的相等。
   和N110相比较，炭黑A在这个胶料中的弹性模量比在实验1的NR胎面胶料中的高，其性能接近N121的性能。在E"中N234的特性接近于N110和 N115。NR/BR胶料的各种模量特性比NR胶料更相似。炭黑A的E"值比N110和N115稍高，与N121的E"值不相上下，而高于N234。炭黑 A湿路面牵引性与N121相当。而比N110、N115或N234稍高。炭黑A的干路面牵引性稍低于N110和N234，不及N115，而高于N121。
6 K) l, \; }' v, A, p! S   在实验2中，疲劳和割口增长特性是通过孟山都疲劳破坏试验机来测定的。疲劳数据和胎面炭黑的滞后性并没有关系。炭黑A疲劳特征寿命与N110和N234相当，而比N115和N121长。就抗割口增长性而言，炭黑A是实验2中所有这些胎面炭黑中最好的，其次是N110。就裤形而撕裂特性而言，炭黑A的抗撕裂强度稍高于N110和N115，但比N121大得多。不连续撕裂指数也是一样。

zjhhxjg

都是从其他网站上转来的

car107

辛苦楼主了，谢谢！

txdsxs

这个炭黑哪里有？怎么联系？我们想试一试[em3][em4][em6]

dsc152

楼主辛苦了，加油啊！

lee214

全了，谢谢

hliu2006

好东西顶一下

月蚀

谢谢楼主分享，学习了

zhanghualiang

下下来看看~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~