炭黑填充胎面胶的动态反应混炼(续).pdf

炭黑填充胎面胶的动态反应混炼(续)Frank E. Welsh等著 王名东编译 涂学忠校2 结果与讨论211 配方A在表2所示配方A中使用炭黑N339 ,LH230 ,N234和LH210 ,对动态反应混炼法 (即表1所示方法B)与传统的两段混炼法(方法A)进行了对比配方A中聚合物采 用中乙烯基溶聚SBR和高顺式BR并用在所有的4种情况中,300 %定伸应力的增幅都 大于100 %定伸应力的增幅,导致DRM混炼 胶的300 %与100 %定伸应力之比值较高,见门尼粘度的降低;拉伸强度稍有增高,扯断伸 长率和撕裂强度有所下降测试结果表明, 所有4种情况的填料分散都获得了改善ODR硫化速度稍加快,门尼焦烧和ODR焦烧时间稍缩短,反映出胶料经历了较 剧烈的热历程焦烧时间的变化对实验室试验没有什么影响;对大生产而言,如果需要的表6这个比值可以定义为补强因子其它 的变化还包括邵尔A型硬度的下降和胶料话,可以很容易地通过添加防焦剂来进行调 整 观察了4种炭黑动态性能的某些特征变 化通过RDA2Ⅱ型流变仪测得了胶料tgδ值和温度的典型关系曲线,如图1所示以 配方A中的LH230填充胶为例,与传统的两 段法混炼相比,动态反应混炼改变了胶料的 动态粘弹谱。

tgδ的峰值较高而且峰值之后 的曲线形状也发生了改变DRM曲线中从峰值开始到20℃的温度范围内的tgδ值都 比对照曲线高普遍认为,这一温度范围与 较高的激发频率相对应,而较高的激发频率 又与牵引力性能有关超过上述温度范围 后,DRM曲线与对照曲线发生交叉,在50～100℃ 的温度范围内,DRM曲线的tgδ值较 低此温度范围与滚动阻力和生热性能有关其它胶料的表现与此基本相近,只是在 交叉点温度上略有区别 由表7中的试验结果可以看出,所有4 种炭黑采用动态反应混炼所得胶料的滚动阻 力都能得到改善采用动态反应混炼的胶料在70℃ 时的MTS和RDA2Ⅱ 型流变仪的tgδ 值均呈下降趋势,而70℃ 时的回弹性呈上升 趋势(意味着tgδ值较低)尽管这3种测试 方法的动态条件不同,但都表现出动态反应 混炼胶料在高温、 低频区域的粘弹谱呈现能量损耗低的特点此区域的表现与胎面的滚 动阻力和生热性能的好坏直接相关 同时,有关湿路面、 干路面和冰路面牵引 力的试验都预示着性能有所改进(见表8) 从表8看出,0℃ 时的回弹性下降(对应着高 的tgδ值) ,而在MTS和RDA2Ⅱ上测得的0℃ 时的tgδ值增大上述结果得到了英国 便携防滑性试验(BPST)在湿混凝土路面上 测得的结果的支持。

所有这些试验结果都说 明动态反应混炼胶料的湿路面牵引力将获得 改善BPST在干混凝土路面上测定的结果也有所提高,说明在干混凝土路面上的牵引 力也获得了改善在- 20℃时的tgδ值增 大,则意味着冰路面上的牵引力将会有所提 高所有的牵引力性能预测值均得以改进, 这与图1示出的RDA2Ⅱ 流变仪所测曲线中从峰值温度开始到大约室温为止的温度范围 内的高tgδ值有关 干路面牵引力和湿路面牵引力通常被认 为是互相矛盾的性能通过改变配方提高某 项性能指标,往往会降低另一项性能,例如,771第3期 王名东编译 1 炭黑填充胎面胶的动态反应混炼 表6 配方A胶料性能项 目ABCDEFGH门尼粘度ML(1 + 4)100℃80107110901077109812841095108610 门尼焦烧(LR ,138℃)MV60105410661057128110711078107210t5,min1317131512131115101611109181010t35,min16161615141814101314131512181213ODR流变仪数据(150℃)ML,dN·m91381810109151118101711181113MH,dN·m36183516371336113914371540183713ts2,min812718710615612610518515t50,min111510181012910915910912812t90,min14181315131511151312121213101110填料分散程度, %96199913941899159410971395199815 硫化胶性能(硫化条件为150℃×25min)拉伸强度,MPa19152010181619131617181919112019扯断伸长率, %430360360310360320390330100 %定伸应力,MPa218312315318219314310318300 %定伸应力,MPa13111614151118171219171313181910300 %/ 100 %定伸应力416511413418416511417419邵尔A型硬度(150℃×40min) ,度6664686570677267Zwick回弹值(150℃×40min) , %0℃1716141021121717201017102010141423℃3710411440164610341637183514371970℃53105914571064104913541448135516100℃60106519631870125518601654166212C型裁刀撕裂强度(150℃×25min) ,kN·m- 1老化前31192914311326163413291632162711100℃×48h老化后31112815291023143115271629182916图1 配方A LH230填充胶料的RDA2Ⅱ流变仪温度扫描对比C—LH230两段法;D—LH230 DRM 增大硬度可以提高湿路面牵引力,但却会降 低干路面牵引力,反之亦然。

我们发现,经过 动态反应混炼的炭黑填充胶料,其干路面牵引力、 湿路面牵引力和冰路面牵引力预测值会同时得到提高 动态反应混炼使3种炭黑填充胶料的胎 面磨耗性能都获得定向改善,尽管这种变化 尚未达到统计意义上的明显程度(见表7) 动态反应混炼使胶料在多项性能上的改 进可从图2和3的多轴图中看出通过这组图形可以发现,磨耗指数、70℃ 时的回弹值、0 和- 20℃ 的tgδ值和干路面的BPST数值都 有所提高这就表明,与传统的混炼方式不 同,动态反应混炼有能力同时改进滚动阻力 以及湿路面、 冰路面和干路面的牵引力,甚至有可能同时改进胎面磨耗性212 配方B 在第2项研究中,以充油乳聚SBR为基 础的配方B测试了几种填充剂,配方见表3 ,871 轮 胎 工 业 1997年第17卷表7 配方A胶料滚动阻力及胎面磨耗性能改善的实验室预测结果项 目 ABCDEFGH70℃ 时的tgδMTS0120801161011710113101222011910122501180RDA2Ⅱ010930108701092010590110001092011190110070℃ 时的Zwick回弹值, %53105914571064104913541448135516胎面磨耗的改善3, %—211—511—210未测未测注:3 与传统的两段法混炼相比较。

表8 配方A胶料牵引力性能的试验预测结果项 目 ABCDEFGH其中SBR的结合苯乙烯含量为3115 %本 配方的动态反应混炼胶料表现出的性能变化 与配方A相同由表9可以看出,在扯断伸 长率和撕裂强度下降的同时,拉伸强度稍有 提高所有应变水平的定伸应力都有提高与配方A相同,由于300 %定伸应力的增长 水平高于100 %定伸应力的增长水平,因此图2 配方A N339填充胶料的 多项性能对比□— 两段法; □—DRM动态反应混炼胶料的补强因子(300 %与100 %定伸应力之比)水平较高混炼胶的门 尼粘度和硫化胶的硬度均有所下降所有这 些变化都与填料分散较好有关,而这一点已 通过图像分析的填料分散等级测试结果所证实 与上一个配合体系相比,本配合体系的图3 配方A LH230填充胶料的 多项性能对比注同图2971第3期 王名东编译 1 炭黑填充胎面胶的动态反应混炼 湿路面牵引力0℃ 时的tgδMTS0127601337012830135501209012960120301292RDA2Ⅱ01124011560113901164011180113601145011590℃ 时的Zwick回弹值, %17161410211217172010171020101414BPST(湿混凝土路面)59125913541757125616571755135811 干路面牵引力BPST(干混凝土路面)971699189417991596171011392129910 冰路面牵引力- 20℃ 时的tgδ(RDA2Ⅱ)0123301278012600133901194012380122101264表9 配方B胶料性能项 目JKLMNOP门尼粘度ML(1 + 4)100℃7910681079188015701073106215 门尼焦烧(LR ,138℃)MV5510461568105810511256105015t5,min11131018519101310141017814t35,min1419141810121319141215101712ODR流变仪数据(150℃)ML,dN·m8167161010819619818613MH,dN·m3914381240183915381439173510ts2,min710618415615612618719t50,min111010189101018101511121310t90,min1912181017101910181519122018填料分散程度, %9613991898199117991399169712 本伯里密炼机功率消耗,MJ—414512—413413518 硫化胶性能(硫化条件为150℃×25min)拉伸强度,MPa2116231023162217231425122316扯断伸长率, %380350290400360420645100 %定伸应力,MPa317319418315316312118200 %定伸应力,MPa10151210141710111114914416300 %定伸应力,MPa17111918—171019141712910300 %/ 100 %定伸应力416510—418513514510邵尔A型硬度(150℃×25min) ,度66656566656556Zwick回弹值(150℃×40min) , %0℃816910812101691091191223℃301633113314281330142518321170℃5410601061105014551447185319100℃6116671768135814631656126019C型裁刀撕裂强度(150℃×25min) ,kN·m- 123℃3418281324103314301132194410100℃2918241820162415261823133512动态性能测试部分工作较少,但所有的试验结果基本相似。

动态反应混炼法使与胎面胶 使用性能有关的各种性能的平衡获得改善 (见表10)70℃ 时的MTS tgδ值减小,而回 弹值增大,这意味着滚动阻力和生热将降低0℃ 时的MTS tgδ值增大预示牵引力性能将获得改善胎面磨耗指数有定向提高的趋 势,但还没有达到统计水平上的明显程度 在图4多轴图中可以看到采用动态反应混炼 和传统混炼方法的LH230填充胶料的实测 胎面磨耗指数、 滚动阻力和牵引性能的预测值以及补强因子等的对比213 配方B中的炭黑和白炭黑 可以用配方B和动态混炼法。