炭黑对橡胶耐热老化性能的影响

柴克鹏，沈惠玲

（1.天津科技大学材料科学与化工学院，天津 300222；2.银川佳通轮胎有限公司，宁夏 银川 750011）

炭黑是目前橡胶工业中用量最大的补强剂。炭黑粒径越小，它与橡胶分子的接触面越大，补强作用也越大。小粒径炭黑能在橡胶中形成均匀、致密的橡胶-炭黑网络，赋予硫化胶较高的强伸性能和耐磨性能，但其混炼时难于分散，胶料生热也大；大粒径炭黑在橡胶中易分散，但形成的炭黑-橡胶网络稀疏，加之粒径分布较宽而导致网络不均匀，致使硫化胶的物理性能较低。添加的炭黑粒径不同，硫化胶的耐热老化性能差异也较大。本工作主要研究炭黑品种对橡胶耐热老化性能的影响，并将不同种品种炭黑并用以改善硫化胶的耐热老化性能。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），牌号SIR20，印度尼西亚产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1500E，中国石油兰州石化公司产品；氧化锌，山东海化金钟锌业有限公司产品；硬脂酸，张家港泰柯棕化有限公司产品；炭黑N220，N330，N375和N660，韩城黑猫炭黑有限责任公司产品；炭黑N326，龙星化工股份有限公司产品；炭黑N234和N550，卡博特化工（天津）有限公司产品。

1.2 试验配方

（1）炭黑单用试验配方：NR，100；炭黑（变品种），40；氧化锌，5；硬脂酸，3；芳烃油，3；促进剂DM，1.1；硫黄，3。

（2）炭黑并用试验配方见表1。

表1 炭黑并用试验配方 份

1.3 主要设备与仪器

1.45 L密炼机，德国克虏伯公司产品；XK-160型开炼机，广东湛江橡胶机械厂产品；GK270型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；T-10型电子拉力机和2000型无转子硫化仪，美国孟山都公司产品；M200型门尼粘度仪，北京友深电子仪器有限公司产品。

1.4 混炼工艺

1.5 性能测试

胶料性能按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 炭黑单用

炭黑单用的小配合试验结果见表2。从表2可以看出：在结构相同的条件下，随着炭黑粒径增大，胶料的门尼粘度减小，强伸性能降低，但炭黑N375和N234属于高结构炭黑，炭黑N375胶料的门尼粘度最高，炭黑N234胶料的门尼粘度略高于炭黑N220胶料，低结构炭黑N326胶料的门尼粘度低于炭黑N550胶料；炭黑N660胶料老化后拉伸强度下降率和拉断伸长率下降率最小，耐热老化性能最好，炭黑N550胶料的耐热老化性能仅次于炭黑N660胶料；低结构炭黑N326胶料的耐热老化性能较差，炭黑N234胶料的耐热老化性能略好于炭黑N326胶料。

表2 不同品种炭黑胶料的性能对比

综上所述，在炭黑结构相同的条件下，随着炭黑粒径增大，胶料的门尼粘度减小，强伸性能下降，老化后拉伸强度下降率及拉断伸长下降率呈减小趋势，耐热老化性能有所提高。

2.2 炭黑并用

2.2.1 小配合试验

根据炭黑单用时胶料强伸性能和耐热老化性能变化情况，进行炭黑并用配合试验。炭黑并用的小配合试验结果见表3。

表3 炭黑并用的小配合试验结果

从表3可以看出：2#~5#配方胶料老化后拉伸强度下降率和拉断伸长率下降率总体比1#配方胶料小，说明炭黑N330/N660并用的胶料耐热老化性能优于单用炭黑N330的胶料；3#配方胶料的拉伸强度大于4#和5#配方胶料，压缩生热略高于4#和5#配方胶料，低于2#配方胶料。3#配方胶料的综合性能较好，选取1#和3#配方进行大配合试验。

2.2.2 大配合试验

1#和3#配方的大配合试验结果见表4。

从表4可以看出：与1#配方胶料相比，3#配方胶料的拉伸强度略低，压缩生热略高，但老化后拉伸强度下降率及拉断伸长下降率较小，与小配合试验中炭黑N330/N660并用胶料耐热老化性能比单用炭黑N330胶料好的结论一致，证实了通过并用耐热老化性能好的炭黑可以改善胶料的耐热老化性能。

表4 大配合试验结果

3 结论

（1）在炭黑结构相同时，随着炭黑粒径增大，胶料的门尼粘度减小，强伸性能降低，老化后拉伸强度下降率及拉断伸长下降率呈减小趋势，耐热老化性能有所改善。

（2）通过并用耐热老化性能好的炭黑可以改善胶料的耐热老化性能。