沉淀法白炭黑在橡胶轮胎产品中的应用

天野

白炭黑因其独特的结构和表面化学特性,在轮胎工业中应用也很广泛。其范围包括载重轮胎、轿车轮胎、农业轮胎等,按帘布材料分为全钢、半钢和纤维帘布轮胎,使用部位包括胎面、带束层、胎侧和钢丝粘合胶等。
* Q" o" `2 _3 r5 u; g    在传统的斜交轮胎中,白炭黑可提高胎面的抗撕裂性能及橡胶与帘线的粘合性能,如常用的间甲白粘合体系。随着轮胎子午化、环保节能和舒适性的要求越来越高,白炭黑在轮胎中的应用也越来越重要。目前在要求降低滚动阻力、提高抓着性方面,白炭黑与炭黑并用表现出优异性能,而且在配方中已全部用白炭黑替代传统炭黑生产“绿色轮胎”。这在米其林、普利司通等轮胎公司已成现实,诸多大轮胎公司都致力于该方面的开发工作。近期在雪地轮胎、防滑轮胎和“绿色轮胎”方面白炭黑得到大量的应用。我国轮胎行业也应积极开展这方面的研究。
( o0 g. j7 ^6 D  }    载重子午线轮胎
    白炭黑在载重子午线轮胎中主要用于胎面和钢丝带束层胶料中,与炭黑并用,可提高胎面的性能,是提高钢丝与橡胶的粘合性能不可缺少的材料。经配方优化后（如加入硬脂酸、促进剂和偶联剂）可获得与炭黑胶料基本相同的硫化特性和相同的加工性能,其扯断伸长率、撕裂强度、抗崩块性、压缩生热和回弹性均有所改善;随白炭黑用量的增大动态性能明显改善。但使用白炭黑的胶料耐磨性能会有所降低,需要加入偶联剂（Si69,A189等）来提高。
    典型的载重轮胎胎面胶配方为:生胶 100;炭黑N234 30;炭黑N110 15;白炭黑Z175 Gr 15;芳烃油 5;硬脂酸 3.3;偶联剂X50S 2.6;促进剂CBS 5;氧化锌 3.0;硫黄 1.4;防老剂6PPD 1.5;防老剂TQ 1.5;防焦剂PVI 0.15。
    轿车子午线轮胎
4 k" @# P7 @) k5 B5 P+ ?: G    对于轿车子午线轮胎,动态性能要求越来越高。然而改善的途径也有多种,如使用低断面设计、新的骨架材料及使用新型的聚合物作胎面材料,而使用白炭黑是一条重要且可行的途径。特别是在欧洲和美国等发达国家,随着汽车制造业原配轮胎和政府对燃油税收的要求,低滚动阻力、降低燃油用量的环保轮胎已倍受青睐并大量生产。在此类轮胎中,大量（80份）使用高分散白炭黑,全部取代炭黑作补强填料。据统计,欧洲和美国1998年仅“绿色轮胎”白炭黑的用量达6万多吨。预计2000年“绿色轮胎”中白炭黑用量将增加40%。“绿色轮胎”中大量白炭黑的应用是与溶聚丁苯橡胶（SSBR）的使用相配套的,在我国SSBR仍需大力发展以满足日后环保轮胎的要求。典型的“绿色轮胎”的特征配方为:SSBR 75;BR 25;高分散白炭黑Z 1165 MP 80;偶联剂 TESPT 6;芳烃油　30;活性氧化锌 3.0;硬脂酸 1.0;微晶蜡 1.0;不溶性硫黄 1.7;促进剂CBS 1.7;促进剂DPG 2.0;防老剂 6 PPD 2.0。混炼加工通常在大型高速密炼机中采用三段或二段混炼,严格控制密炼机的排胶温度,使偶联剂TESPT与白炭黑充分反应,在开炼机上加入促进剂进行精炼和下片。因白炭黑比表面积和表面能大,粒子互相聚集严重,分散性能较差,故在“绿色轮胎”中应使用Zeosil 1165 MP 微珠白炭黑或Zeosil 165 Gr 颗粒白炭黑等高分散性白炭黑。其它国际性的白炭黑公司,如PPG、德固萨也在不断开发和生产一些新的高分散白炭黑。
    钢丝粘合胶
) ?& O: K: r* n$ P) l4 @1 O    研究和实际应用表明,钢丝胶中使用白炭黑,特别是低比表面积的白炭黑来部分替代炭黑可达到优化胶料性能的目的。典型的钢丝粘合胶料配方为:NR 100;塑解剂 0.12;炭黑N 326 45;白炭黑Z 125 Gr 15;偶联剂Si 69 1.2;氧化锌 8.0;硬脂酸 0.5;硼酰化钴Manobond 680C 0.67;树脂增粘剂 2.0;芳烃油 1.5;防老剂6PPD 2.0;不溶性硫黄IS 70 5.7;促进剂CBS 0.7;促进剂DPG 0.35。在配方中加入Z 125 GR 类的低比表面积白炭黑与炭黑并用,同时调整偶联剂和促进剂的用量,可获得较好的物理性能,提高各种粘合性能,改善动态性能。