白炭黑补强天然橡胶的反应性加工及结构与性能

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随着欧盟REACH法规和轮胎标签法规的实施,环保、安全、舒适的“绿色轮胎”已经成为未来发展的方向。目前,在乘用轿车胎胎面胶配方中,白炭黑已经基本可以完全代替传统炭黑使用。面对当前形势,如何进一步推广白炭黑在轮胎胎面胶配方中的使用,已成为白炭黑在橡胶工业中进一步发展的重要课题。本文以NR卡车胎配方为基础配方,通过比较炭-硅双相填料(CSDPF)与普通白炭黑/炭黑复合填充体系的差别;调整优化混炼加工工艺;增加橡胶基体极性;适当调整硫化体系等方面研究了白炭黑补强天然橡胶的反应性加工。随着白炭黑/炭黑并用比的增大,其复合填充NR混炼胶硫化速度降低,混炼胶Payne效应逐渐减弱;硫化胶交联密度呈逐渐减小趋势,磨耗性有一定程度下降,但动态性能有所改善,压缩生热及滚动阻力明显逐渐降低;炭-硅双相填料(CSDPF)附聚体尺寸较小,填充NR混炼胶Payne效应较弱;Si-69改性后其填充NR硫化胶力学性能较好。在混炼时间一定的前提下,较高的混炼温度(150℃)有利于白炭黑与Si-69的硅烷化反应。白炭黑在橡胶基体中填料网络化结构较弱,白炭黑絮凝速率较慢,白炭黑-NR相互作用增强,白炭黑填充NR混炼胶羟基吸收峰较小。NR硫化胶压缩生热降低,耐磨性略有提高。延长硅烷化反应时间,NR混炼胶门尼粘度逐渐增大,硫化速度逐渐加快,在密炼机中的NR混炼胶由于具有额外的剪切作用而硫化速度相对更快。与此同时,填料分散度L值更小,且随硅烷化反应时间延长而减小。压缩生热及60~80℃下tanδ表明在密炼机中保持3~5min的硅烷化反应时间,其NR硫化胶生热量及滞后损失相对较小。ENR并用量提高或在相同并用量下提高环氧度,混炼胶门尼粘度逐渐提高,硫化速度略有减慢,橡胶基体与白炭黑之间的相互作用增强。硫化胶拉伸强度略有下降,而定伸应力随ENR含量增加明显提高,同时扯断伸长率下降。ENR并用量增加,其在0℃附近的滞后峰逐渐增大,造成滚动阻力略有提高,但抗湿滑性亦明显提高。ENR在增强橡胶-白炭黑相互作用的同时,也与白炭黑之间存在反应。Si-69并用时,能够进一步减弱白炭黑表面极性,且综合力学性能较优,耐磨性提高,滚动阻力相对较低。随着促进剂NS、S用量提高,白炭黑/炭黑复合填充NR混炼胶的硫化速度逐渐加快,硫化胶交联密度明显逐渐提高。随交联密度的提高,NR硫化胶300%定伸应力提高,扯断伸长率下降,DIN及Akron磨耗体积逐渐减小,耐磨性明显提高。损耗因子tanδ在频率扫描及温度扫描下随交联密度增加而减小,与压缩生热结果相一致。
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