炭黑性质对胶料焦烧性能的影响

炭黑性质对胶料焦烧性能的影响

陈新中

(江西黑猫炭黑股份有限公司,江西景德镇333000)

1前言

表面积越高,结构性越高,胶料的焦烧时间越

炭黑是橡胶工业主要的补强剂和填充剂,特短,硫化速度越快;炭黑的表面酸碱度(PH)越

别是对轮胎起着非常重要的作用。炭黑是仅次于低,焦烧时间越长,硫化速度越慢,槽法炭黑具生胶的第二位橡胶原材料,不加炭黑的纯丁苯橡有迟延硫化的作用,一般不易引起焦烧。炉法炭胶的硫化胶,其强度很低,没有实用价值。当加黑呈碱性,具有促进硫化作用,容易引起焦烧;

入适当的炭黑后,其硫化胶的强度提高lO倍多。炭黑的表面活性越高,焦料的焦烧时间越长。硫典型的轿车胎中,一般需要用4—5个炭黑品种,化速度越慢。

用量约占轿车胎总重量的25%.30%。炭黑加入橡胶后,可以改善胶料的性能,如提高轮胎的耐3实验

磨性、抗湿滑性,极大提高轮胎的行驶里程。但3.1同品种炭黑.不同的表面积、结构、PH值

是在胎面胶加工过程中,高表面积、高结构及高和挥发份的31220炭黑对胎面胶料焦烧时间的影

配合量的炭黑加入又会增加胶料发生焦烧的危险响

性,如何在胎面胶中使用高配合量的炭黑,既不配方示例:(质量份)

降低胶料的性能,又会降低轮胎的成本,是橡胶天然橡胶60,顺丁橡胶40,硫磺1.4,促进

工作者应关注的问题,本文仅从炭黑的性能指标剂MBSO.8,氧化锌4.0,硬脂酸2.0,防老剂

方面探讨炭黑对胶料焦烧性能的影响。

PANA

1.0,防老荆CPPD1.0,防老荆BLE

1.0,

石蜡1.0,N220炭黑70,操作油10,防焦剂PVI

2炭黑性能指标对胶料焦烧性能影响依据

(选用)。

胶料的焦烧是指胶料在存放或操作过程中产按照以上配方,其他原材料不变,改用不同生早期硫化的现象。配合炭黑的胶料在加工过程产地及指标的N220炭黑,用MI)R2000硫变仪。

中(如挤出、压延等),胶料因生热而有可能发测量188。C下硫化速度及用EKT2001M门尼粘度

生焦烧。炭黑在硫化反应时的作用如同催化剂,仪,测1380(;下焦烧时间,测得的数据见表1。

使硫化起始反应更快发生。炭黑在硫化反应中主本中A、B表示产地,A1、A2表示A2两批要影响项目有焦烧时间、硫化速度及最大扭力不同指标产品。炭黑的表面活性借助于炭黑的距。炭黑的比表面积、结构、表面酸碱性、表面PH值及挥发份反应出来。

活性均影响胶料的焦烧时间及硫化速率。炭黑比

表l

同品种N220炭黑对焦烧时间的影响

・357・

由上表可以看出t炭黑的吸碘值、吸油值越高,胶料的焦烧时间越长,炭黑的PH值越高,胶料焦烧时间越短,炭黑的挥发分越高,胶料的焦烧时间越长。炭黑的着色强度反应的是炭黑原生粒子凝聚体尺寸分布,炭黑的凝聚体尺寸分布较窄时,着色强度高,填充此种炭黑的胶料焦烧时间短;炭黑的凝聚体尺寸较大,分布较宽时,生热性低,填充此炭黑的胶料的焦烧时间长,这是因为大凝聚体中间的空隙可以有效地容纳小凝聚体,难以生成网络,而网络是滞后的主要原

因,所以生热低,焦烧时间长。

3.2不同品种炭黑对胎面胶胶料焦烧性能的影响

此所选用的炭黑只能是N115、N234、N220等超

耐磨和中超耐磨炭黑,下面仅以此三种炭黑对胶料焦烧时间的影响进行分析。

配方示例t(质量份)

天然橡胶30,丁苯橡胶35,顺丁橡胶35,

硫磺0.8,氧化锌3.0,硬脂酸2.0,促进剂CBS2.O,防老剂CPPD1.5,防老剂PBNA1.0,石蜡1.0,六线油10。

上述配方在其他条件相同时,仅改变炭黑的品种,N115炭黑因其具有很高的比表面积,分散相对困难,因此将其用量减少5份,而N234与N220炭黑均采用55质量份。表2列出了此三种炭黑指标及其胎面胶硫变及门尼数据。

由于轮胎的胎面胶要求有较好的耐磨性,因

表2三种炭黑指标及胎面胶物性分析数据表

注:硫变条件:EK'12(XX聊SP

焦烧条件:EIql2001M

・358・

170。C、6rain127。C

由以上实验数据可知:Nl15炭黑虽然在此种

3.3采用不同的原料油生产的同种N22,0炭黑。

其焦烧时间及硫化速度的比较

配方胶料中所加的质量份较低,但因其表面积非常高,其焦烧时间最短,扭力矩最高,而N234炭黑与N220炭黑虽然吸碘值相近,但结构性存

在差异,真实的氮吸附比表面积N234比N220

本例为了操作方便,我们按照国家标准的基本配方进行研究,配方示例如下。

配方示例:(质量份)

天然橡胶(烟片胶)100.00,硫磺2.50,氧化锌5.00,硬酯酸3.00,促进剂DM

炭黑50。

0.60,N220

高,同时N234炭黑的聚集体尺寸分布及大小均

比N220炭黑窄和小,因此N234炭黑的焦烧时间比N220炭黑短。从硫化速度分析。N115炭黑最快,N234炭黑居中,而N220炭黑最短。

表3不同原料油配比生产之N220炭黑指标及胶料物性分析数据

注:表中AT_一乙烯焦油;Ⅱ’_—。蒽油;a卜—镍焦油

硫变条件:EK'121XIOS/SP焦烧条件:EKT2001M

170'E、6min

127"C

由表3可以看出:使用煤焦油生产N220炭黑时,长,硫化速度最慢,加工安全性最好。

4结论

虽然吸碘值、DBP吸收值及PH与使用蒽油及乙烯焦油相近,但着色强度(聚集体尺寸分布)较低,挥发份含量较低,表现在胶料的物性上,焦烧时间较短,硫化速度较快。着色强度较低时,

从理论上看应胶料焦烧时间长,但实际实验中,

炭黑对胶料焦烧性能的影响不仅与炭黑的比表面、结构、聚集体尺寸分布、表面活性有关,而且与炭黑所使用的原料种类有关。当然炭黑对胶料焦烧性能的影响较小,影响胶料焦烧性的主要因素应该是配方设计、橡胶结构、硫化体系、软化剂和防老剂等。加入防焦剂能防止胶料发生

焦烧。

用煤焦油生产的炭黑胶料焦烧时间短,这应该是

由于采用煤焦油生产的炭黑表面活性较低,炭黑的表面官能团少,与橡胶问交联密度低所致。

由表3还可以看出:填充用乙烯与蒽油配成混合油生产的N220炭黑的胶料,其焦烧时间最

・359・

炭黑性质对胶料焦烧性能的影响

作者:作者单位:

陈新中

江西黑猫炭黑股份有限公司,江西景德镇 333000

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