炭黑N134与N234在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用对比研究

高 洋，黄义钢，吴洪全，李 勇

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

近年来，随着我国高速公路和汽车工业的发展，对轮胎性能的要求越来越高。目前国产全钢载重子午线轮胎普遍存在胎面胶滞后损失大、耐磨性能较差的问题，而胶料耐磨性能在很大程度上取决于配方和原材料种类，特别是主要填料炭黑品种。炭黑是由许多烃类物质（固态、液态或气态）经不完全燃烧或裂解生成的，作为橡胶的填料已经有100多年的历史[1]。炭黑的粒径、比表面积和结构等对胶料的耐磨性能具有重要影响。炭黑粒径越小，比表面积和吸油值越大，橡胶与炭黑的接触界面越大，相互作用产生的结合胶就越多，胶料耐磨性能越好。

炭黑N134和N234分别为超耐磨炭黑和中超耐磨炭黑，均为粒径小、比表面积大和结构度高的炭黑品种。本工作研究炭黑N134与N234在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用，为提高胎面胶耐磨性能提供思路。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），牌号SMR20，马来西亚产品；炭黑N134和N234，国内某外资企业产品。

1.2 配方

NR 100，炭 黑（N134 或N234） 52，氧 化锌 3.5，硬脂酸 2，防老剂 5.5，加工助剂 2，促进剂/硫黄 2.4，其他 0.6。

1.3 主要设备与仪器

1.5 L智能实验密炼机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司产品；GK400N型密炼机，德国克虏伯公司产品；GK255N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司；XKR-150型开炼机，广东湛江机械厂产品；1.0 MN蒸汽平板硫化机，上海第一橡胶机械厂产品；MV2000型门尼粘度仪、MDR2000E型无转子硫化仪和Tensometer2000型电子拉力机，美国阿尔法科技有限公司产品；回弹测试仪，意大利Gibitre公司产品；DIN磨耗试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；MZ-4061型阿克隆磨耗试验机，江苏明珠试验机械有限公司产品；DMA/SDTA861e型动态热力学分析仪，瑞士梅特勒-托利多公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料分两段混炼。一段混炼在1.5 L智能实验密炼机中进行，密炼室初始温度为70～80 ℃，转子转速为70 r·min-1，混炼工艺为：生胶→炭黑和小料→排胶，胶料停放4 h以上。二段混炼在XKR-150型开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→薄通→下片。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料分3段混炼，一段和二段混炼在GK400N型密炼机中进行，终炼在GK255N型密炼机中进行。一段混炼密炼室初始温度为90～100℃，转子转速为45 r·min-1，混炼工艺为：生胶→小料→炭黑→排胶（150～160 ℃），胶料停放4 h以上。二段混炼密炼室初始温度为90～100 ℃，转子转速为30 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→压压砣→提压砣→排胶（140～150 ℃），胶料停放4 h以上。终炼密炼室初始温度为70～80 ℃，转子转速为20 r·min-1，混炼工艺为：二段混炼胶→硫黄和促进剂→排胶（100～110 ℃），胶料停放4 h以上。

1.5 性能测试

1.5.1 动态力学性能

采用剪切模式 ，频率为5 Hz，加热速率为3℃·min-1，温度范围为－20 ℃～＋80 ℃，力的最大振幅为6 N，位移的最大振幅为3 μm，不施加预应力。

1.5.2 其他性能

胶料其他性能均按照相应国家标准测试。

2 结果与分析

2.1 理化性能

炭黑的理化性能见表1。从表1可以看出：两种炭黑的理化性能均符合指标要求；与炭黑N234相比，炭黑N134的吸碘值较大，说明其比表面积大；炭黑N134的DBP吸油值较大，说明其结构度高。

表1 炭黑的理化性能

2.2 小配合试验

小配合试验胶料的物理性能见表2。从表2可以看出：与炭黑N234胶料相比，炭黑N134胶料的门尼焦烧时间和t10均较短，硫化速度较快，这可能是因为炭黑N134表面活性大所致；炭黑N134胶料老化前后的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率稍大，撕裂强度较大，回弹性和耐磨性能较好。

表2 小配合试验胶料物理性能

2.3 大配合试验

大配合试验胶料的物理性能见表3。从表3可以看出，大配合试验胶料的物理性能与小配合试验胶料基本一致，炭黑N134胶料的物理性能尤其是耐磨性能优于炭黑N234胶料。

表3 大配合试验胶料的物理性能

大配合试验胶料的损耗因子（tanδ）见表4。从表4可以看出：与炭黑N234胶料相比，炭黑N134胶料0 ℃时的tanδ略小、60 ℃时的tanδ相近，说明炭黑N134胶料的抗湿滑性能略差，滚动阻力相当。

表4 胶料的tan δ

3 结论

将炭黑N134和N234用于全钢载重子午线轮胎胎面胶中，与炭黑N234胶料相比，炭黑N134胶料的硫化速度快，物理性能尤其是耐磨性能改善，抗湿滑性能略差，滚动阻力相当。

总的来说，炭黑N134有利于提高胎面胶的耐磨性能，适用于全钢载重子午线轮胎胎面胶。