关于OMCARB系列导电炭黑之研究

江畹兰 编译

（华南理工大学 材料学院, 广东 广州 510641）

关于OMCARB系列导电炭黑之研究

江畹兰 编译

（华南理工大学 材料学院, 广东 广州 510641）

利用天然橡胶标准配方，研究了分别填充CН85、CН200、CНS230（OMCARB）、N234及乙炔炭黑的胶料的加工性能、导电性能及动态力学性能。结果表明，在轮胎胶料中使用OMCARB系列导电橡胶，可以提高橡胶的强度性能及动态特性，使滞后损失与温度良好地互动，即在高温下滞后损失低；在低温下，滞后损失高。

导电炭黑；加工性能；动态性能；力学性能

俄罗斯研究人员用天然橡胶标准配方，对新牌号导电炭黑进行了对比试验。天然橡胶牌号为CLARIMERL。具体配方组成如下（质量份）：生胶 100.0；炭黑 50.0；硫磺 2.5；硫化促进剂（促进剂M） 0.6；活化剂 锌钡白 5.0；硬脂酸 3.0。填充剂分别为CН85、CН200、CНS230 （OMCARB）；此外，还有N234和分散度和结构性与其相近的乙炔炭黑。胶料制备及性能测试均按标准方法进行。用MоnTeCh公司产仪器—MDR3000振荡流变仪及MV3000黏度计，测定了胶料的流变性能；使用仪器ИTЭM-1测定了胶料的热传导性，它可以在0.2到80B/M·K范围内测量材料的热传导性（λ），用毫微电流表Ф136 （2.5～1000 mV）测定相关指标。

表1示出了胶料测试结果。

由表1中所列的数据得知，在160 ℃下（MDR3000）填充CН85炭黑的胶料，其最小转矩值（ML）及最大转矩值（MН）与填充N234炭黑及乙炔炭黑的胶料相近，但表征诱导期的硫化起步时间（ts1）及正硫化时间（t90）却最短。与此同时，填充炭黑CН85胶料的硫化速率（Rh）与填充炭黑N234的胶料的相近，但显著高于填充乙炔炭黑的胶料。填充炭黑CН85的胶料于100 ℃下的门尼黏度值，介于以上两种炭黑（N234和乙炔炭黑）填充胶之间。填充炭黑CН85的硫化胶的强度性能与填充N234的硫化胶的相近，但弹性优于后者，这就可以推断，制品使用时滞后损失会有所降低。

填充CН200及CНS230炭黑的胶料，其流变性能有别于其他对照炭黑胶料，且其硫化胶的弹性和强度都较低。这可能是由于橡胶在被同等质量份数的炭黑填充时，炭黑的孔隙度增大和与之相关联的体积份数的增加所引起的，当然，也有趋向于炭黑一次聚集体烧结这样的因素存在。

导电性和导热性这二者是密切相关和相互依赖的，故通常将它们与其乘积作比较。乘积与Bидeмaн-Фрaнц经验规则相吻合，即类似的体系在不同温度下，其乘积是相同的。由表2中的数据可知，用乙炔炭黑取代炭黑N234，橡胶的导电率可提高一倍，而电阻与热传导系数的乘积则降低67%。填充OMCARB系列炭黑的橡胶，其电性能比N234炭黑填充胶更接近填充乙炔炭黑的橡胶。填充CН200及CНS230炭黑的橡胶的两种物理特性均处在较高的水平，将它们用于要求具有特殊性能的制品，前景看好。

表1 所研究的橡胶胶料热老化前后的力学性能

曾用MоnTeCh公司的橡胶加工动态分析仪及DMA 242D（NetsCh公司产动态力学分析仪）模拟了含对照用炭黑的橡胶在轮胎中使用的性状。

表2 含不同填充剂（炭黑）的橡胶的物理特性

试样在D-RPA3000仪器上于143 ℃下硫化25 min（振幅0.05%），然后，在60 ℃下进行动态剪切试验，变形频率分别为0.1；1.0；及10 Нz（振幅1.38%）（见表3）。对胶料硫化特性进行的评估表明，实验结果的离散性不大。另外，动态试验也表明，在所有条件下，填充炭黑CН85的橡胶的损耗模量G''最低，力学损耗角正切tg δ也最小（在60 ℃下），即滞后损失最小。而滞后损失与轮胎的滚动阻力直接相关。究其原因，可能是与此种炭黑的形态学特征有关联，即高吸油值及在橡胶中能良好地分散。填充炭黑CН200的橡胶的动态性能指标，最接近填充炭黑N234的橡胶，但低于填充乙炔炭黑的橡胶，而填充炭黑CНS230的橡胶动态性能，则比以上两种橡胶为差。

在DMA 242D仪器上，于压缩变形（频率分别为0.1 Нz和10 Нz，温度-30 ℃～+60 ℃）条件下测定了硫化胶的弹性模量、损耗模量、力学损耗角正切、复合模量等指标。

表3 在剪切变形条件下用D-RPA3000仪器测得的胶料及硫化胶的各项性能

（续前表）

分析所得结果表明，填充炭黑CН85的橡胶的tg δ在+60 ℃时，低于另外两种对比橡胶。tg δ降低，意味着轮胎胎面的滚动阻力降低。

与相对照的橡胶相比，在0 ℃下测得的tg δ不遵循上述规律且互相矛盾，即在变形频率为10 Нz时，填充CН85炭黑的橡胶的tg δ值，较填充N234炭黑的橡胶的高，但低于填充乙炔炭黑的橡胶；当频率为0.1 Нz时，则略低于两种对照橡胶。这表明，填充CН85炭黑的橡胶与潮湿路面的抓着力可能会略有降低（见图1、图2）。

图3及图4为所研究橡胶的弹性模量E'及损耗模量E''在测试温度为10 ℃及20 ℃时的关系图。填充CН85炭黑的橡胶的指标值最低。填充此种炭黑的轮胎在低温条件下滚动时，其胎面对结冰路面有较好 的抓着性。

图1 在动态力学分析仪DMA242D(压缩变形、频率0.1 Hz)上测得的含不同填充剂的橡胶机械损耗角正切与试验温度之间的关系

图1 在动态力学分析仪DMA242D(压缩变形、频率10 Hz)上测得的含不同填充剂的橡胶机械损耗角正切与试验温度之间的关系

图3 在动态力学分析仪DMA242D上测定的橡胶弹性模量E'与试验温度及压缩变形频率之间的关系

图4 在动态力学分析仪DMA242D上测定的橡胶损耗模量E''与试验温度及压缩变形频率之间的关系

综合以上试验结果可以确认，用牌号为OMCARB CН85的炭黑代替乙炔炭黑制造轮胎，可在保持胶料工艺性能及橡胶高强度性能的同时，改善其动态力学性能，且可使橡胶在高温下滞后损失降低，而在低温下，滞后损失提高。这可能是填充剂生成网络结构的倾向性较低所致。

文中的研究结果对生产性能得到改善的橡胶制品（包括轮胎，特别是大型轮胎及在动态条件下工作的橡胶工业制品）具有重要的意义。

[1] MоиCeeвCкaя Г B. ИCлeдовaниe элeктропро водного тeхничeCкого углeродa Ceрии OMCARB [J]. кaучук и рeзинa, 2014(02)：38-42.

[责任编辑：张启跃]

TQ 330.38+1

B

1671-8232(2017)05-0021-03

2016-03-10