炭黑和白炭黑在胎面胶配方中的并用研究（三）：——实验室检测和实际使用检测

江畹兰　编译（华南理工大学材料学院，广东 广州 510641）



炭黑和白炭黑在胎面胶配方中的并用研究（三）：
——实验室检测和实际使用检测

江畹兰编译
（华南理工大学材料学院，广东 广州 510641）

在宽域的温度范围内，含白炭黑的胎面胶在湿滑路面上的抓着性及在干燥路面上的转向稳定性，均显著优于含炭黑的胎面胶。含中等及少量白炭黑的胎面胶与干燥路面的摩擦系数得以提高。但在严苛的磨耗条件下，随白炭黑含量增加，磨耗程度提高。在“中等”磨耗条件下，磨耗程度不变。而在“温和”磨耗条件下，磨耗与白炭黑之间存在着复杂的相关性。

并用；抓着性；摩擦系数；转向刚度；磨耗

俄罗斯Kama公司科技中心有一台能评估轮胎在最接近真实条件情况下，其使用性能的设备。VMI公司也有一套实验室综合试验装置LAT 100，它可以测定胎面胶的一系列最重要的指标，如摩擦系数、滚动阻力、转向侧应力以及磨耗等。作为会影响这些特性的可变参数，包括了作用于试样的负荷、滚动速度、接触面温度、转向角等。

研究中，根据炭黑与白炭黑的不同配比，分别测定了轮胎在湿滑路面上的抓着性、转向刚度（Ks）、摩擦系数（μm）及耐磨性。

橡胶在湿滑路面上的抓着性，可用计算出来的成功率Rc（%）加以评估。Rc为所研究橡胶的抓着性与含68.75质量份炭黑（对100质量份生胶）的对照胎面胶的相对应的比值。后者的成功率规定为100%。

图1示出了所研究的橡胶于不同温度下，在湿滑面（天然刚玉180）上的抓着成功率曲线。由天然刚玉180制成的转盘，模拟轮胎在一般路面上的滚动状况。由图1可见，当炭黑含量增至80份，温度低于35 ℃时轮胎的抓着性变差，而后温度升高，抓着成功率直线上升到108%。向胎面胶中加入10份白炭黑，在整个试验温度范围内轮胎在湿滑路面上的抓着性大大提高。当胎面胶中炭黑与白炭黑的配比为50:30时，其抓着性在全部研究范围内表现为最好。当温度为0 ℃时胎面胶的抓着性提高6%；在15～35 ℃时，抓着成功率Rc为10%～11%，只有在高温（60 ℃）下，试验样品的抓着成功率Rc比对照胶的小1%。当胶料中白炭黑的含量达80%时，在温度0～45 ℃范围内轮胎的抓着性提高；但在高温条件下，抓着性大大降低（抓着成功率Rc降低5%～10%）。由此可以得出大体上的结论：在温度0～45 ℃范围内，轮胎在湿滑路面上滚动，含白炭黑的胎面胶的抓着性优于只填充炭黑的胎面胶。

图2示出了在干燥路面上所研究轮胎橡胶的转向刚度（RKS）及摩擦系数（RμT）与炭黑及白炭黑配比的相关性曲线。设定填充炭黑（68.75%）的胎面胶的RKS及RμT为100%。分析了图2后获悉，在干燥路面上的摩擦系数随白炭黑在胎面胶中含量的增加而减小，当炭黑与白炭黑的配比为20:60时，其抓着性比填充炭黑的胎面胶（68.75质量份）要差。

炭黑与白炭黑的配比：1-68.75:0； 2-80:0； 3-70:10；4-60:20；5-50:30； 6-0:80图1　湿滑路面上橡胶抓着成功率Rc与温度的相关性

图2　胎面胶的转向刚度Rks及摩擦系数RμT与炭黑白炭黑配比的相关性：1-Rks，2-RμT

转向刚度（RKS）反映了轮胎在改变滚动方向时的反作用力。反作用力越大，轮胎抵抗转向偏离的性能越好。可以这样认为，当胎面胶中炭黑含量由68.75份增至80份时，也就意味着转向刚度RKS值增高。用白炭黑逐渐取代炭黑，RKS降低并不明显。如果胎面胶中只含有白炭黑，那么它的抗转向偏离性高于只含有炭黑的胎面胶。图2反映了不同滚动速度下胎面胶的平均抓着成功率。

图3示出了轮胎在干燥路面上滚动时，滚动速度对摩擦系数的影响。在此，必须区分出三种汽车行驶速度，在此速度下汽车起动制动装置（刹车）。首先是低速区段，速度为0.2～0.6km/h，此时高填充炭黑（80:0）胎面胶及含少量白炭黑（70:10）的胎面胶的RμT值（摩擦系数）最大。当V=2.0～6.0km/h，除上述两种橡胶外，再增加一种白炭黑含量中等（40:40）的橡胶。在高速区段，白炭黑含量中等及高含量（40:40）及（0:80）的胎面胶，看来是占了优势。这些橡胶的摩擦系数都是随滚动速度的提高而增大，而高炭黑含量（80:0；70:10）的橡胶，从滚动速度为6km/h开始，摩擦系数便有所减小。

图3　摩擦系数（RμT）与轮胎滚动速度（V）的相关性曲线（曲线上的数字表示炭黑与白炭黑的配比）

此外，对于另一项最重要的使用性能指标——胎面胶的磨耗来说，炭黑与白炭黑的配比对它的影响甚大。图4上列示了所研究胎面胶在不同路面条件下的耐磨性能。例如，含68.75份炭黑的胎面胶的磨耗为100%。带有尖锐棱角的Kорgoн 60（一种材料）干燥转盘模拟了路面状态，实验温度25 ℃。在“严苛”的磨耗条件下，轮胎滚动速度V为25km/h，偏离角α=16°。路面坚硬度为“中等”时，V=12km/h，α=9°；路面较柔软时，V=2.5km/h，α=5.5°。

图4　橡胶耐磨性（RW）与炭黑白炭黑配比的相关性磨耗条件：路面坚硬（1）； 路面较软（2）； 路面坚硬度中等（3）

正如所料，在“严苛”条件下，随着白炭黑用量增加，整体上磨耗增大。与对照胶样相比，仅含白炭黑的橡胶的磨耗量要高出23%，出乎意料的是在路面坚硬度为中等的条件下，磨耗量实际上与胎面胶中填充剂的性能无关。在炭黑与白炭黑的配比为80:0～0:80的范围内，磨耗增加值为23%～27%（与对照胶样相比）。

在“路面柔软”的条件下，磨耗量与白炭黑含量的关系较为复杂。当添加10.0份、20.0份及30.0份白炭黑后，与含80.0份炭黑的胎面胶相比，前者的磨耗量减少了3%～6%。随后，当炭黑与白炭黑的配比为40:40时，磨耗量急剧增加11%，比含炭黑的胶样（80:0）的磨耗量多5.5%。若进一步增加白炭黑在胎面胶中的含量（炭黑与白炭黑的配比为30:50～0:80），则磨耗量减少。这样，便导致在“柔软路面”条件下，含白炭黑的胎面胶的磨耗量，比含炭黑的胎面胶要少10%。因此，在“路面坚硬”条件下，填充炭黑的胎面胶的耐磨性高于填充白炭黑的胎面胶；在“路面坚硬中等”的条件下，它们二者之间并无明显差别；而在“路面柔软”条件下，填充白炭黑的胎面胶的耐磨性，则优于填充炭黑的胎面胶。

在以上实验的基础上，可作出如下总的结论。就湿滑路面上的抓着性而言，在宽域的温度范围内，填充不同量白炭黑的胎面胶，优于填充炭黑胎面胶。在干燥路面条件下轮胎转向时的偏离稳定性方面，填充不同量白炭黑的胎面胶比填充炭黑（炭黑≤68.75份）的胎面胶要高得多。往胎面胶料中加入少量及中等含量的白炭黑（炭黑与白炭黑的配比为70:10～40:40），可提高轮胎在干燥路面上滚动时的摩擦系数。在“坚硬路面”条件下，随白炭黑用量增加，胎面胶的磨耗增大；在“中等坚硬路面”条件下，耐磨性不变；在“柔软路面”条件下，耐磨性与白炭黑含量之间存在着复杂的相互依赖关系。

［1］Дорожкин ВП.Изучение совместного ис пользования технинеского углерода и диоксида кремия в рецепуре протектора шин［J］.каучук и резина，2014（4）:28-30.

［责任编辑：张启跃］

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1671-8232（2016）04-0004-03

2015-11-19