炭黑和白炭黑在胎面胶配方中的并用研究（二）：——硫化橡胶的静态和动态性能

王惠中　编译



炭黑和白炭黑在胎面胶配方中的并用研究（二）：
——硫化橡胶的静态和动态性能

王惠中编译

较系统地研究了胎面胶中炭黑与白炭黑并用的效果。研究认为，白炭黑对胎面胶的强度性能和动态性能指标产生良好的积极的作用，当炭黑与白炭黑的并用比例控制在60：20～30：50的范围之内，胎面胶的静态和动态性能的平衡最佳。

炭黑；白炭黑；胎面胶；硫化

在以前发表的报告中，谈到了炭黑和白炭黑的含量对轮胎胎面胶料工艺和硫化性能的影响。为了对取决于炭黑和白炭黑比例的一系列指标发生急剧变化这一现象进行解析，假设胶料的物理结构发生了重大的重组和变革。

文中研究了炭黑与白炭黑的添加比例，对胎面胶静态和动态性能指标的影响。图1和图2为橡胶基本力学性能指标与炭黑和白炭黑的添加比例之间的相关性曲线。

图1上列出了几个强度的指标。观察该图注意到，拉伸强度fp和撕裂强度fz的关系，系随着炭黑含量的减少和白炭黑含量的相应增加而相互对立。若fp值下降23%，撕裂强度可提高68%，前提是炭黑含量减少至20质量份，白炭黑含量增加至60质量份（对100质量份生胶而言）。然后，其相关性曲线又变回来，即fp开始增大，而fz却有所下降，表征拉伸强度fu真实值的相关性曲线比较清晰。该指标经常随白炭黑含量的增加而增高，虽然炭黑与白炭黑的比例，在中等范围内随着白炭黑含量的增加，fu增长滞后的趋势仍然可观察到。尽管炭黑含量减少，拉伸强度fp也下降，但由于拉断伸长率εp稳定增长，真实强度值fu仍然增大（图1，Б）。

图1　胎面胶拉伸强度假定值（fp）、真实值（fu）和撕裂强度（fz）（a），拉断伸长率（Ep）以及邵贝尔-什洛巴赫（ШОППЕР-ШЛОБАХ）耐磨性（w）（Б）与炭黑与白炭黑添加比例之间的相关性曲线

按照邵贝尔-什洛巴赫Ш О П П Е РШЛОБАХ方法测定的胎面胶的耐磨性变得复杂了（图1，Б）。首先，随着白炭黑含量增加，耐磨性急剧减弱，而后，当白炭黑含量超过30质量份时，却开始增高。当白炭黑含相当多（70质量份或更多）时，耐磨性又开始缓慢降低。耐磨性指标的如此变化不定，乃与影响其数值大小的许多因素的存在有关。若改变胶料中炭黑与白炭黑的比例，则填充剂-填充剂型空间（立体）物理网络的结构和性质会起变化。硫化后则应该考虑到硫化网络和空间网络的存在这一情况，这些网络是在橡胶大分子通过二硅烷与白炭黑粒子表面发生化学交联后形成的。

图2为胎面硫化橡胶的回弹性和邵尔硬度A的相关性曲线

图2　在23 ℃和100 ℃下胎面胶中炭黑与白炭黑之比例跟回弹性（Э）（а）和邵尔硬度A（Б）的相关性曲线

由图2可见，在室温下回弹性随着白炭黑含量的增加而逐渐地提高，当温度达到100 ℃时便不再发生变化。在23℃下炭黑与白炭黑的比例为40:40，以及在100℃下其比例为30:50时，邵尔硬度A发生极值变化。

轮胎的胎面是在动态负荷的苛刻条件下工作的。胎面胶的耐多次拉伸强度指标（ε=150%，千次）和古德里奇生热值均示于图3。

分析一下图3便可得出结论：含有大量白炭黑的胎面胶耐多次拉伸性能相当高。虽然古德里奇生热值增大，随着白炭黑含量的增加，这个规律性仍可清晰地看出。

对于评估轮胎的使用寿命来说，初次裂纹出现之前，胎面胶负荷次数（千次）和随后的5000次负荷后，裂纹增长值指标十分重要（图4）。

图3　胎面胶中炭黑与白炭黑之比例和耐多次拉伸动态强度与古德里奇生热值的相关性曲线

图4　胎面胶中炭黑与白炭黑之比例与初次出现裂纹之前负荷次数和负荷的5000次后裂纹增长之间的相关性曲线

从整体上讲，虽然炭黑与白炭黑之比例在40:40～30:50范围内，初次裂纹出现之前的负荷次数这一指标异常降低，但它和耐多次拉伸强度指标却是一致的。在增加白炭黑含量的情况下，不仅裂纹出现之前负荷次数增加，而且裂纹增长大大减缓。

谈到此处可以结尾了。总之，白炭黑对胎面胶的强度和动态性能指标有良好的作用，即当白炭黑含量增加时，撕裂强度和真实强度都有所增长，橡胶的多次拉伸耐久性提高，初次裂纹出现的时间推迟，但裂纹却增长了。耐磨性和硬度指标随橡胶中炭黑与白灰黑之比例的改变，会发生极值性变化。当炭黑与白炭黑之比例在60:20～30:50范围之内时，胎面胶的静态和动态性能指标可达到最佳平衡。

［1］Дорожкин ВП.Изучение совместного использования технинеского углерода и диоксида кремния в рецепуре протектора шин［J］.каучук и резина，2014（4）:26-27.

［责任编辑：张启跃］

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1671-8232（2016）04-0004-02

2015-11-30