熱裂解炭黑N990在輪胎中的應(yīng)用

1、第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用399熱裂解炭黑N990在輪胎中的應(yīng)用周伊云王名東（化工部北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院100039）姬錦雯羅剛朱曉光（貴州輪胎股份有限公司550008）摘要 對(duì)熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。將非補(bǔ)強(qiáng)型熱裂解炭黑N 990應(yīng)用在 輪胎的胎側(cè)、胎肩墊膠、氣密層等部件中，試制了一批輪胎，并進(jìn)行了耐久性能和高速性能試驗(yàn)。結(jié)果表 明,在輪胎中用熱裂解炭黑N 990替代部分補(bǔ)強(qiáng)型炭黑，對(duì)輪胎的耐久性能和高速性能以及耐透氣性能 無(wú)不良影響并能改善工藝性能，降低含膠率，且可降低氣密層膠的生產(chǎn)成本，具有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞 炭黑N 990,輪胎,橡膠

2、,應(yīng)用1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#熱裂解炭黑 N 990為非補(bǔ)強(qiáng)型炭黑，可 賦予膠料高彈性、低生熱、低透氣性及耐熱、 耐化學(xué)穩(wěn)定性等性能，而且其混煉膠的流動(dòng) 性好、半成品尺寸穩(wěn)定、填充量高

3、，因此在非 輪胎制品中得到了廣泛應(yīng)用。由于它不能提 高硫化膠的強(qiáng)度和剛度，使其在輪胎中的應(yīng) 用受到限制。我們以高配合量的炭黑N 990替代部分補(bǔ)強(qiáng)型炭黑在輪胎胎側(cè)膠、胎肩墊膠和氣密112試驗(yàn)配方在輪胎的胎肩墊膠、胎側(cè)膠配方中以15 份炭黑N 990替代5份炭黑N 660或N 550, 在氣密層膠中以 30份炭黑N 990替代5份 炭黑N 660,并試制145 80R12輪胎?；九?方如下：胎側(cè)膠:NR SR 100;氧化鋅和硬脂酸610;軟化劑 515;促進(jìn)劑和硫化劑214;防老劑 215;炭黑 變量；其它 215。1994-2010 China Academic Journal Elect

4、ronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#層中進(jìn)行了試驗(yàn)，并對(duì)熱裂解炭黑在輪胎中 的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。胎肩墊膠:NR SR 100;氧化鋅和硬脂酸1210;軟化劑515;促進(jìn)劑和硫化劑1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#1實(shí)驗(yàn)111主要原材料N R，RSS3#，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；C IIR , H T 2 1068

5、，德國(guó)拜耳公司產(chǎn)品 ；BR , DJ 9000,燕山 石化公司產(chǎn)品；炭黑N 550,天津炭黑廠產(chǎn)品； 炭黑N 660,水城炭黑廠產(chǎn)品；炭黑N 990,加 拿大肯卡伯公司提供。作者簡(jiǎn)介周伊云，女56歲。高級(jí)工程師。1965年畢業(yè)于清華大學(xué)高分子專(zhuān)業(yè)。主要從事子午線輪胎配方設(shè)計(jì) 工作。主要成果有：順丁膠攻關(guān)項(xiàng)目獲1978年全國(guó)科技 大會(huì)特等獎(jiǎng)；輕型載重子午線輪胎獲1989年化工部科技 進(jìn)步三等獎(jiǎng)；高速轎車(chē)胎研制獲1994年化工部科技進(jìn)步 三等獎(jiǎng)。通過(guò)部級(jí)鑒定項(xiàng)目16項(xiàng),發(fā)表論文30余篇。3142;防老劑 215;炭黑 變量；其它 212。氣密層:NR CIIR 30 70;氧化鋅和硬脂酸 610;

6、軟化劑610;促進(jìn)劑和硫化劑214;炭黑 變量；其它315。113性能測(cè)試膠料的物理性能試驗(yàn)和輪胎的耐久性能 及高速性能試驗(yàn)均按有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)2結(jié)果與討論211在胎側(cè)膠中的應(yīng)用在胎側(cè)膠中用 15份炭黑N 990替代5 份炭黑N 550,含膠率下降313%。膠料的拉 伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率略有下降，門(mén)尼粘度、定 伸應(yīng)力略有上升，其它性能變化不大。投用的1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用401生產(chǎn)大料，因原材料產(chǎn)地影

7、響，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率略微偏低。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表1胎側(cè)膠并用炭黑N990的膠料物理性能項(xiàng)目貴陽(yáng)生產(chǎn)膠料貴陽(yáng)測(cè)試北京測(cè)試炭黑N 550504550454545炭黑N 9900150151515含膠率下降率%03130313313313門(mén)尼粘度M L (1+ 4) 100 C501052106115651146194410門(mén)尼焦燒t5（120 C） m in硫化儀數(shù)據(jù)（148 C）3943321011)291771)331071)64M h dN? m341834173419381431113014M l dN ? m91518199161015818819t10 m in7178715711

8、125101331114011115t90 m in221772316524187231172413728163硫化時(shí)間(148 C) m in203060203060203040203040203040203040邵爾A型硬度度575756575656 it .55586060 60 60535555505353扯斷伸長(zhǎng)率%585583 571566 552578600 595 590570 550 530540 500500586494521拉伸強(qiáng)度M Pa1915181517121712 181117191417161516161510151516111313 1410 14111511

9、 1513 1418300%定伸應(yīng)力M Pa815817 812812 910812516 617 618616 716 719613 716713619 813815扯斷永久變形%1312 1011 11913111012 10 811 10920 1616固特里奇壓縮溫升C394198 1152)9315 952)-回彈值%4546-46154510屈撓次數(shù)萬(wàn)次5145-30-龜裂等級(jí)0, 0, 00,1, 0-0, 0,0-屈撓50萬(wàn)次割口長(zhǎng)度mm1013813-817撕裂強(qiáng)度kN? m- 1100 Cx 48h老化后-53134313拉伸強(qiáng)度M Pa16121318-扯斷伸長(zhǎng)率%413

10、320-屈撓次數(shù)萬(wàn)次49154915-12-龜裂等級(jí)1, 0, 00,2, 1-0,1,0-注:1）測(cè)試溫度為125 C； 2）貴陽(yáng)測(cè)試的為彎曲疲勞溫升，疲勞次數(shù)分別為500和1 000。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#膠料混煉工藝性能好，混煉負(fù)荷和排膠 溫度無(wú)差別，混煉膠的斷面致密、光潔。半成 品的擠出性能好，表面光滑，邊緣清晰，斷面 致密性好，尺寸穩(wěn)定，擠出膠溫略低。成品胎的耐久性能試驗(yàn)運(yùn)行 210h無(wú)損

11、 壞（部級(jí)鑒定標(biāo)準(zhǔn)為運(yùn)行 100h無(wú)損壞），高速 性能試驗(yàn)破壞速度為 180km h （國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為 140km h），證明應(yīng)用炭黑N 990對(duì)胎側(cè)膠無(wú) 不良影響。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。212在胎肩墊膠中的應(yīng)用在胎肩墊膠中用15份炭黑N 990替代5 份炭黑N 660,含膠率下降312%。膠料物理 性能與原配方差異不大，其中拉伸強(qiáng)度、扯表2145 80R12輪胎成品試驗(yàn)結(jié)果胎 號(hào) 項(xiàng)目N 6072410052N 6072410055N 6072410045配方特征胎肩N 990 N 660N 990 N 550N 990 N 550胎側(cè)N 990 N 550N 990 N 550N 990 N 550

12、氣密層 N 990 N 660N 990 N 660N 990 N 660耐久性試驗(yàn)實(shí)測(cè) 210h未壞210h未壞-標(biāo)準(zhǔn)100h未壞高速試驗(yàn)實(shí)測(cè)-170km h未壞標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)140km h未壞1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用403斷伸長(zhǎng)率和彈性略有下降 略有提高。生產(chǎn)膠料中多添,定伸應(yīng)力及生熱 加口 015份油,其物理性能與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)相比略有提 高（見(jiàn)表3）。表3胎肩墊膠并用炭黑N 990的膠料物理性能

13、貴陽(yáng)生產(chǎn)膠料項(xiàng)目北京實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)貴陽(yáng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)貴陽(yáng)測(cè)試北京測(cè)試炭黑N 660504550454545炭黑N 9900150151515含膠率下降率%03120312312312門(mén)尼粘度M L (1+ 4)100 C501047105113561947134110門(mén)尼焦燒t5（120 C） m in6361191681)201741)181341)27硫化儀數(shù)據(jù)（148 C）r_ M h dN? m371638144119411840143614M L dN ? m810717712814718710t10 m in1012091176150711361755120t90 m in22168III

14、2118216130161581812719158硫化時(shí)間（148C） min203060203060203040203040203040203040邵爾a型硬度度60616062626061 606060 606060 6060605658扯斷伸長(zhǎng)率%541534539527524 496510 510510520 480500440 420420497477469拉伸強(qiáng)度M Pa23192310 2210 2113 2312 2016 1917 191718152112 181518152110 1912 1719 2215 2111 2014300%定伸應(yīng)力M Pa10181111 10

15、101017 1212 1117 1012 91791310161014 91712131117 1210 1311 1217 1216扯斷永久變形%222014211813201312191313112520292319固特里奇壓縮溫升C1915211571 912)7215 68152)回彈值%5049491551屈撓次數(shù)萬(wàn)次692112龜裂等級(jí)3, 3, 43, 3, 36, 6,63, 3, 3撕裂強(qiáng)度kN? m- 13616100 Cx 48h老化后拉伸強(qiáng)度變化率%-47-41-44扯斷伸長(zhǎng)率變化率%-17-10-52屈撓次數(shù)萬(wàn)次9715146龜裂等級(jí)4, 3, 33,4, 4斷，斷

16、，斷3, 3, 3撕裂強(qiáng)度kN ? m - 12511老化系數(shù)0169注：同表1。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#試驗(yàn)?zāi)z料的混煉工藝性能好，混煉膠斷 面光潔度好，半成品擠出表面光滑、致密，尺 寸穩(wěn)定，重量公差小。成品輪胎的耐久性能試驗(yàn)運(yùn)行210h無(wú)損壞,高速試驗(yàn)破壞速度為180km h （見(jiàn)表2）,這表明應(yīng)用 N 990炭黑對(duì)胎肩墊膠無(wú)不 良影響。213在氣密層中的應(yīng)用在N R CIIR并用的氣密層膠料中,用

17、 30份炭黑N 990替代5份炭黑N 660,其含膠 率下降713%。膠料的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng) 率下降，定伸應(yīng)力和硬度提高。其中，由于炭 黑添加量較大，拉伸強(qiáng)度的下降幅度較大（約 2M Pa）,生產(chǎn)膠料的拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力略 有提高（見(jiàn)表4）。生產(chǎn)膠料的混煉工藝性能較好，填充系 數(shù)大，混入快，混煉膠的致密性和炭黑分散均 較好。存在的主要問(wèn)題是當(dāng)炭黑添加量增至 80份時(shí)，若不增加軟化劑的用量，混煉膠會(huì)變硬,導(dǎo)致膠料過(guò)濾困難，濾膠溫升較高，局 部膠溫可達(dá)170 C。因此其軟化劑用量可適 當(dāng)增加12份。因?yàn)闅饷軐訉?duì)物理性能的要1994-2010 China Academic Journal Elec

18、tronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用405表4無(wú)內(nèi)胎輪胎氣密層并用炭黑N 990的膠料物理性能項(xiàng)目北京實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)貴陽(yáng)陽(yáng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)貴陽(yáng)生產(chǎn)膠料貴卩口實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)貴陽(yáng)測(cè)試北京測(cè)試炭黑N 660555055505050炭黑N 9900300303030含膠率下降率%0713071

19、3713713門(mén)尼粘度M L (1+ 4) 100 C511052106819741762186810門(mén)尼焦燒t5(120 C) m in242271171)61471)71921)10硫化儀數(shù)據(jù)（158 C）M h dN? m301434102613281129142811M l dN ? m6187109108109191110t10 m in318031603133313331272158t90 m in201602016029150441673410033157硫化時(shí)間(158 C) m in20306020306020304020304020304030邵爾A型硬度度54535258

20、605856565661626260 606060扯斷伸長(zhǎng)率%597537498483462418500 460430410360340330 320330336拉伸強(qiáng)度M Pa13101312 1310 1017 1110 1214 1210 121311199179191014 1212 1112 11191115300%定伸應(yīng)力M Pa610615713715717914618 7177157168158191016 1017 10191019扯斷永久變形%12111112856565522 214固特里奇壓縮溫升C6615611593 1022)回彈值%87屈撓50萬(wàn)次割口長(zhǎng)度mm51

21、4410撕裂強(qiáng)度kN? m- 1100 Cx 48h老化后391036143416拉伸強(qiáng)度M Pa1218101010171019扯斷伸長(zhǎng)率%屈撓50萬(wàn)次割口474383270250長(zhǎng)度mm317318撕裂強(qiáng)度kN ? m - 1361233123010老化系數(shù)0186017501800171透氣率X 1091151146注：同表1第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#求較低,炭黑總量可增至 90- 100份，軟化劑 用量也可適當(dāng)增加,含膠率下降10%13% 以上（見(jiàn)表5）,可進(jìn)一步改善工藝性能，降低 生產(chǎn)成本。投用的氣密層試驗(yàn)?zāi)z料，其壓延、成型和 硫化工藝與原生產(chǎn)配方相比，沒(méi)

22、有任何異常 現(xiàn)象,成品輪胎也沒(méi)有漏氣現(xiàn)象，膠料的透氣 率與原生產(chǎn)配方相近。214經(jīng)濟(jì)分析NR和CIIR的價(jià)格分別按 1143萬(wàn)和 2168萬(wàn)元？ t- 1計(jì)，對(duì)比炭黑N 990的價(jià)格分 別為 1 萬(wàn)，9 000, 8 300, 8 000 和 7 000 元？表6列出了各試驗(yàn)部件的成本與原生產(chǎn) 配方成本對(duì)比，其中“+ ”為提高成本，“-”為 降低成本。炭黑N 990按1萬(wàn)元？ t- 1計(jì),在氣密層 膠中并用30份，則可降低混煉膠成本0180元？ kg- 1,即使C IIR的價(jià)格降至211萬(wàn)元？ t- 1,仍然可節(jié)約成本 01487元？ kg- 1。如果 炭黑N 990用量擴(kuò)大至50份,炭黑總填

23、充量 為100份時(shí)，則可降低成本116201元？ kg- 1。如果炭黑N 990的價(jià)格下降到7 000元 ? t- 1以下,其經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。因此,在氣 密層膠中用炭黑N 990部分替代補(bǔ)強(qiáng)炭黑具 有實(shí)用價(jià)值。第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#在胎側(cè)和胎肩配方中，由于炭黑N 990 價(jià)格較高，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)原材料價(jià)格計(jì)算，只有當(dāng)其價(jià)格降至7 000元？ t- 1以下時(shí),經(jīng)濟(jì)上才有意義。第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#注:1）貴陽(yáng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果 份芳烴油和1份TKO 280。表5無(wú)內(nèi)胎輪胎氣密層擴(kuò)大并

24、用炭黑N990試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能項(xiàng)目配方號(hào)122)3456炭黑N 660555050455050炭黑N 99003040555050芳烴油678101112TKO 280344555含膠率下降率%07181014131113131315門(mén)尼粘度M L (1+ 4) 100 C666166616263門(mén)尼焦燒t5（125 C） m in11101091010硫化儀數(shù)據(jù)（158 C）M h dN? m241329102513241924182312M l dN ? m81711918717也口718716617t10 m in217821754J2167218221602168t90 m in32

25、100ii3210028167301173115027100硫化時(shí)間(158 C) m in203040203040203040203040203040203040邵爾A型硬度度60 6060707070676767676767676767676767扯斷伸長(zhǎng)率%530 510490330360330450430410480 410430430 400390410400400拉伸強(qiáng)度M Pa101011141015101110111016813815910810 813814813 811819716 811811100%定伸應(yīng)力M Pa112 114113212212214118117118

26、117 211119118 119211119 118119300%定伸應(yīng)力M Pa516 612613815815915615616714519 619619615 618716616 615618撕裂強(qiáng)度kN? m- 131103215341330153119 2912 2717 28142713 2711 25112513 2614 2711 2613 2610 2710 2518扯斷永久變形%11 8810861077968754776回彈值%6 6566555155156 666 666 6515疲勞溫升C93 97125 118112 10510115 8710515 104105

27、 10415屈撓30萬(wàn)次龜裂等級(jí)0, 0, 00,0, 00, 0, 00, 0, 00, 0,00, 0, 0100 Cx 48h老化后拉伸強(qiáng)度M Pa10141018 1014 10101011919817814812713 713713714 714716618 715714扯斷伸長(zhǎng)率%330 360350250260250300280260290 280290320 280280250280280老化系數(shù)015901670171 0175 01710171 0170 01650158 015501590159 0160 0164 0152 0152 0165 0164撕裂強(qiáng)度kN ?

28、m - 128182713281225102617 2510 2312 23102412 2115 20162014 2114 2110 1911 2115 2013 1916屈撓30萬(wàn)次龜裂等級(jí)0, 0, 00,0, 00, 0, 00, 0, 00, 0,00, 0, 0由于試驗(yàn)系統(tǒng)誤差導(dǎo)致硬度結(jié)果偏高、拉伸強(qiáng)度結(jié)果偏低；2）2號(hào)配方比試驗(yàn)胎配方多加1。表6并用炭黑N990的混煉膠的成本對(duì)比元？ kg- 1C IIR價(jià)格N 990價(jià)格氣密層3成本(N 660 N 990)胎側(cè)膠成本胎肩墊膠成本50 3050 502618010100-018042-116201+ 010104+ 01067

29、29100-019543-117529+ 010199-0101348130-110594-119963-010390-0106998100-111044-210628-010643-0109407100-112545-212841-011483-0117462110010100-014870-110691注：3在氣密層膠料配方中，N660 N 990= 50 30為本次試驗(yàn)配方；N660 N 990= 50 50為擴(kuò)大應(yīng)用配方(表5中6號(hào)配 方);生膠價(jià)格按1996年11月份計(jì)。? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing

30、House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用4073結(jié)論(1) 在輪胎的胎肩墊膠和胎側(cè)膠中用15份炭黑N 990替代5份補(bǔ)強(qiáng)型炭黑(N 660或 N 550),膠料的物理性能與原配方相當(dāng)，其中拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率略有下降，定伸應(yīng)力略有上升，對(duì)耐割口屈撓性能略有改善，含膠 率可下降3%以上，對(duì)成品輪胎無(wú)任何不良 影響，膠料的工藝性能良好，膠料的擠出性能 明顯改善。炭黑N 990可投用于生產(chǎn)中，但考慮到 價(jià)格較高，只有當(dāng)其價(jià)格降至7 000元？kg - 1以下時(shí)，在經(jīng)濟(jì)上才有意義。(2) 在無(wú)內(nèi)胎輪胎的氣密層中，炭黑填充 量可有較大幅

31、度的提高，用30份炭黑N 990 替代5份炭黑N 660,其物理性能有所下降， 但成品輪胎耐透氣性和耐屈撓性能不受影響，其含膠率可下降 713%，成本下降018元 ? kg- 1,具有實(shí)用價(jià)值。鑒于氣密層膠料在物理性能上還具有較多的剩余功能，其炭黑總量可增至90- 100份，軟化劑用量也需相應(yīng)增加，含膠率可望下 降10%13%。由于C IIR的價(jià)格較高，因此 膠料的生產(chǎn)成本將會(huì)進(jìn)一步下降，具有較為 寬廣的應(yīng)用前景。收稿日期 1997232214第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#第7期周伊云等 1熱裂解炭黑N 990在輪胎中的應(yīng)用#Appl ication of Therma l Black N 990 to T ireZhouYiyu nan d W a ng M in gdo ng(Beijing Research and Design Institute of Rubber Industry 100039)J i J inwen,L uo Gang and Zhu X iaoguang(Gui