橡膠補強填充劑概覽

1、橡膠補強填充劑概覽0前言用炭黑作為補強材料，已經(jīng)伴隨著橡膠工業(yè)，特別是輪胎工業(yè)經(jīng)歷了一個 多世紀(jì)。近年來，聚合物復(fù)合材料的蓬勃發(fā)展和橡膠原材料市場的劇烈競爭， 以及人們對淺色橡膠制品花色品種不斷提升的需求，促使填充劑的使用范圍日 益擴大，發(fā)展極其迅速。因此，增加填充劑的品種和來源，控制填充劑的質(zhì) 量，提高填充劑的性能，具有非常重要的意義。1概述1.1xx炭黑是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品，可用于橡膠、樹脂、印刷油墨、涂料、 電線電纜、電池、紙張、鉛筆、顏料等產(chǎn)品。炭黑最主要的用途是用于制造輪 胎及各種橡膠制品。全球炭黑約有 70%用于輪胎，20%用于其他橡膠制品，其余 不到10%用于塑料添加劑、染料

2、、印刷油墨等工業(yè)。而在橡膠制品的分額中， 一半用于制造汽車零部件，如 V帶和減震橡膠等。因此，大約有 80%的炭黑是 消耗在汽車工業(yè)上的。從總體上講，世界炭黑工業(yè)已進入成熟期，其生產(chǎn)技術(shù)主要朝著單爐能力/規(guī)模、炭黑產(chǎn)品專用化、綜合節(jié)能降耗和環(huán)保安全等幾個方向發(fā)展。(1)高性能和低滯后損失xx為了適應(yīng)輪胎產(chǎn)品的發(fā)展，特別是高性能輪胎和綠色輪胎的需求，國外各 大炭黑公司開發(fā)了許多高性能和低滯后損失炭黑新品種。所謂高性能炭黑，其 共同的特征是：粒徑小、結(jié)構(gòu)適宜、聚集體分布尺寸較窄、表面活性高。而低滯后損失炭 黑共同的特征是：1 / 16結(jié)構(gòu)高、聚集體尺寸分布較寬、表面活性高。其中，有些開發(fā)較早的品

3、種，如N134和N358已經(jīng)納入ASTMD1765標(biāo)準(zhǔn)，并已被輪胎廠廣泛采用。近 幾年研究開發(fā)的新品種，既未納入 ASTM標(biāo)準(zhǔn)，也未公布其化學(xué)指標(biāo)，只有部 分產(chǎn)品在生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄中，可以看到其應(yīng)用性能方面的說明，這些新品 種目前正在推廣應(yīng)用。(2)納米結(jié)構(gòu)xx低滯后損失炭黑是開發(fā)的重點，這是由炭黑的下游產(chǎn)業(yè) 一一輪胎工業(yè)開發(fā) 綠色輪胎”的發(fā)展趨勢所決定的。只要炭黑企業(yè)和輪胎企業(yè)緊密合作，低滯后 損失炭黑將進入規(guī)模化應(yīng)用階段。納米級炭黑用經(jīng)過改進的爐法工藝制造。與傳統(tǒng)的ASTM炭黑相比，納米級炭黑具有更高的表面粗糙度和更大的表面活性。較大表面活性主要與高度無 序交聯(lián)的較小結(jié)晶粒子有關(guān)。這種結(jié)

4、晶粒子具有大量的棱邊，使其成為具有特 別高表面能的活性場，活性場會使炭黑與聚合物之間產(chǎn)生很強的機械/物理化學(xué)作用。提高填充劑與聚合物的相互作用可降低動態(tài)變形下的滯后損失和生熱。填 充52份ASTMN356炭黑和相應(yīng)的E-1670納米級炭黑的載重汽車輪胎天然橡膠 胎面膠可大幅度降低滯后損失和生熱，從而降低滾動阻力。由于納米級炭黑的 DBP值較低，所以，硫化膠的300%定伸應(yīng)力稍低。(3)導(dǎo)電xx由于導(dǎo)電/靜電特性是眾多橡膠制品所要求的基本性能，因此，導(dǎo)電炭黑的 開發(fā)前景不容忽視。導(dǎo)電炭黑的開發(fā)主要沿橡膠用導(dǎo)電炭黑和塑料用導(dǎo)電炭黑 兩大系列方向發(fā)展。(4)色素xx色素炭黑開發(fā)相對穩(wěn)定，塑料用炭黑開

5、發(fā)較為活躍。1.2xx2 / 16白炭黑又稱水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式 SiO2 nH20。它為高度分散狀的無定形粉末或絮狀粉末，質(zhì)輕，具有很高的電絕緣 性、多孔性和吸水性。其原始顆粒粒徑小于 3wm,故表面積大，具有很好的補 強和增粘作用以及良好的分散、懸浮和振動液化特性，已廣泛應(yīng)用于塑料、橡 膠、造紙、涂料、染料和油墨等十幾個領(lǐng)域，尤其在橡膠行業(yè)，白炭黑以其優(yōu) 越的補強性和透明性居于首位。但是，由于白炭黑表面存在著活性硅羥基、吸 附水及由制備工藝導(dǎo)致其表面出現(xiàn)的酸區(qū)，使白炭黑呈親水性，在有機相中難 以浸潤和分散，在橡膠硫化體系中不能與聚合物很好地相容，從而降低了硫化

6、效率和補強性能，使其在某些特殊領(lǐng)域無法使用。改性后的白炭黑因提高了表 面活性，改善了在有機相中的分散性和相容性，從而大大拓寬了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng) 域，提高了白炭黑的高附加值。白炭黑按其帝臨方法可分為物理法和化學(xué)法。用物理法制備的白炭黑產(chǎn)品 檔次不高，而橡膠行業(yè)所需的白炭黑填料通常是采用化學(xué)法生產(chǎn)的?；瘜W(xué)法可 分為干法熱解法（包括氣相法和電弧法）和濕法，濕法按其生成特征又可分為沉淀 法（包括硫酸沉淀法、鹽酸沉淀法、硝酸沉淀法、二氧化碳沉淀法和水熱法）和凝膠法（包括普通干燥類和氣凝膠類）。目前，國內(nèi)外白炭黑的生產(chǎn)工藝主要有兩 種，一種是以四氯化硅為原料的氣相法，把四氯化硅氣體置于氫氣、氧氣流 中，于高溫

7、條件下水解，制得煙霧狀的二氧化硅，再使其凝結(jié)成絮狀，然后分 離、脫酸，制得產(chǎn)品。用氣相法生產(chǎn)的白炭黑是高純度小粒徑的高品質(zhì)產(chǎn)品， 一般用作精細填料。但由于其原料價格高、反應(yīng)流程長、生產(chǎn)過程能耗大、產(chǎn) 品價格高而受到限制。另一種是以水玻璃為原料的酸沉淀法，即由水玻璃通過 酸化獲得疏松、細分散、以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來的Si2粉體。用酸沉淀法制備白炭黑，生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品成本低，但產(chǎn)品粒徑 大、活性較低、產(chǎn)品品質(zhì)低。歐洲輪胎廠家于1992年提出了綠色輪胎概念，所以，填充劑的開發(fā)狀況開 始出現(xiàn)變化。通過使用特殊的聚合物和白炭黑 /硅烷體系，可以獲得高的濕路面 牽引性能和濕路面剎車性能，通過降低滾動阻力使燃

8、料消耗降低5%在歐洲的3 / 16原裝胎市場(OEM才用于轎車輪胎胎面膠配方的白炭黑/硅烷填充體系已經(jīng)高達 80%以上。現(xiàn)代冬季輪胎性能的大幅度提高主要也依賴于在胎面膠中使用了白炭黑/硅烷。除了用白炭黑作為轎車輪胎胎面膠的主填充劑以外，將白炭黑用于胎體膠 也可以進一步降低生熱和滾動阻力。通過使用專用高分散性白炭黑，再配合高 結(jié)構(gòu)細粒子炭黑可擴大白炭黑的用途，將它們用于載重汽車輪胎。采用這種最 佳的填充體系，可以滿足載重汽車輪胎的主要性能要求，即降低輪胎的滯后損 失，進而減少滾動阻力，同時，保持耐磨性能。xx-xx雙相填充劑炭黑-白炭黑雙相填充劑是用卡博特公司開發(fā)的獨特技術(shù)生產(chǎn)的。傳統(tǒng)的炭 黑由

9、90%-99%碳元素組成，氧和氫是其他主要成分，而這種新型填充劑由炭黑 相和分散在炭黑相中的白炭黑相構(gòu)成。其主要特點是提高了炫類彈性體中橡膠 與填充劑的相互作用，降低了填充劑與填充劑的相互作用。該填充劑可改善膠 料性能，尤其是輪胎胎面膠的滯后損失與溫度之間的關(guān)系，大大降低了滾動阻 力，提高了牽引力，但并未降低傳統(tǒng)炭黑的耐磨耗性能。炭黑-白炭黑雙相填充劑(CSDP咫經(jīng)以ECOBLACKTM CRXTM2XX添歹U的商 品名在市場上銷售，所以同時，還有 CSDPF200僚歹U和CSDPF400原歹U產(chǎn)品。 CSDPF2000t 4000的不同之處包括白炭黑的分布、白炭黑表面覆蓋率和硅含 量。CSD

10、PF400箕有比CSDPF2000s高的白炭黑表面覆蓋率和硅含量。這種情 況可以從硅含量的變化和氫氟酸(HF岫提時的表面積變化看出來。在 HF抽提 時，白炭黑被保持不變的炭黑相溶解。從進行 CSDPF勺HF抽提時仍有大量白炭 黑存在，表面積急劇增加這一事實可知，CSDPF200(fe炭黑遍布于聚集體中。與此相反，CSDPF400裝面積沒有多大變化，且HF抽提后幾乎沒有留下白炭 黑。這表明，CSDPF400聚集體。中的白炭黑只停留在表面。與傳統(tǒng)炭黑和白炭黑相比，當(dāng)與炫類聚合物混合時，CSDPF200和4000均具有更高的填充劑-聚合物相互作用和更低的填充劑-填充劑相互作用。對于填充 膠料來說，彈

11、性模量隨著應(yīng)變振幅減小而減小，這被稱為佩恩效應(yīng)(PayneEffect)。主要通過填充劑-填充劑相互作用來控制的佩恩效應(yīng)，通常被用4 / 16作衡量填充劑網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一種方法。雖然從化學(xué)復(fù)合材料觀點看，CSDPF2000和4000的性能都處于炭黑與白炭黑之間，但這里實際觀察到的是，這兩種新填 充劑都具有最低的佩恩效應(yīng)。采用CSDPF2000可提高載重汽車輪胎胎面與公路路面的摩擦系數(shù)，進而 提高輪胎的濕路面防滑性能。而 CRX4000勺高白炭黑覆蓋率可以減小微彈性流 體力學(xué)潤滑，有利于提高轎車輪胎的濕路面防滑性能。因此，為了提高輪胎胎 面的綜合性能，可在轎車輪胎胎面膠配方中使用CSDPF40O0而

12、在載重汽車輪胎胎面膠配方中采用CSDPF2000其他填充劑改性xx中外合資山西金洋煨燒高嶺土有限公司對煤系高嶺土進行了特殊處理后， 提高了比表面積，然后，再進行表面改性處理，可大大提高橡膠的補強效果， 在汽車輪胎、EPDM等橡制品膠應(yīng)用中，達到甚至在某些方面超過了炭黑或白炭 黑的補強性能。(2)粉煤灰型橡膠補強劑(XRF)將從粉煤灰中分離出來的玻璃微珠填充到聚氯乙烯 (PVC聲，改善性能并降 低成本。北京化工大學(xué)研制的一種以粉煤灰為主體材料的新型橡膠補強劑(XRF)已在北京橡膠二廠得到應(yīng)用。大量實驗證明，新型橡膠補強劑(XR睢天然橡膠、合成橡膠(丁苯橡膠、丁睛橡膠、三元乙丙橡膠、氯丁橡膠等 )

13、中的應(yīng)用性能 完全達到了同等替代半補強炭黑的水平。該技術(shù)不僅解決了大量粉煤灰堆積帶 來的環(huán)境公害，而且對節(jié)約資源作出了重大貢獻。(3)凹凸棒改性粘土凹凸棒土的化學(xué)成分為硅、鋁氧化物，含少量鐵、鈣、鎰氧化物。白色纖 維狀結(jié)晶是半補強類填充劑，能使擠出壓延膠料表面光滑。新型優(yōu)質(zhì)橡膠補強5 / 16 劑凹凸棒改性粘土可提高橡膠制品 300%定伸應(yīng)力，提高拉斷伸長率，吃粉速度 快，粉塵不易飛揚，具有高白度、高分散性、高遮蓋力的特點。在橡膠制品中 加入該產(chǎn)品，不但能改善其外觀質(zhì)量，延緩老化速度，而且能耐酸堿腐蝕，降 低成本，是一種優(yōu)良的橡膠補強劑?？蓮V泛應(yīng)用于橡膠傳動帶、汽車內(nèi)外輪胎 及其它橡膠制品。(

14、4)改性硬質(zhì)陶土硬質(zhì)陶土在橡膠中有半補強作用，能改善硫化膠的力學(xué)性能。軟質(zhì)陶土在 橡膠中無補強作用。用硬脂酸、乙烯基硅烷、氫基硅烷及鈦酸脂偶聯(lián)劑對陶土 進行改性，使其表面增加疏水性，可提高膠料的拉伸強度、定伸應(yīng)力，降低生 熱和壓縮永久變形，其補強性能與白炭黑相當(dāng)，老化性能較好。新型補強劑一一超細活性陶土 SFAC&等量替代的情況下，效果與半補強炭黑相當(dāng)。(5)DSI橡膠補強劑以稻殼為原料加工而成的超細微粉，通過偶聯(lián)活化制成的橡膠補強劑，主 要適用于玻璃、油漆、造紙、橡膠和塑料制品。(6)塑料基橡膠補強填充劑以聚烯炫塑料為基料，與重質(zhì) CaCO3粉末、鈣鎂粉和多種高效能表面活性劑配合，采用多層包

15、覆技術(shù)生產(chǎn)出高 性能塑料基橡膠補強填充劑，這種補強填充劑具有良好的流動性，可以在較高 的填充量下應(yīng)用于以天然橡膠為主要膠料的多種橡膠雜件，如橡膠V帶、橡膠密封件、橡膠輻、橡膠襯墊、橡膠管、橡膠板等。(7)木質(zhì)素型橡膠補強劑木質(zhì)素系通過在造紙制漿廢液中直接改性而制得，采用新的橡膠加工工 藝，使橡膠與木質(zhì)素之間達到分子級的滲透與交聯(lián)，從而使橡膠與天然高分子 化合物(木質(zhì)素)組成的合金具有優(yōu)良的綜合性能。其力學(xué)性質(zhì)與高耐磨爐法炭黑 相當(dāng)，在橡膠中的配比可比xx高出一倍。6 / 16(8)納米氧化鋅納米氧化鋅是一種白色或微帶黃色的細微粉末，易分散在橡膠和乳膠中， 是天然橡膠和合成橡膠的補強劑、活性劑及

16、硫化劑，也是白色膠料的著色劑和 填充劑。膠料中加入活性氧化鋅后，能使橡膠具有良好的耐磨性、耐撕裂性和 彈性。(9)xx橡膠補強劑海泡石的化學(xué)組成為氧化硅和氧化鎂的水合物，含少量鋁和鐵氧化物。在 淺色橡膠制品中用做補強劑，性能僅次子白炭黑。用硅烷處理海泡石粉，其補 強性能接近白炭黑，價格僅為白炭黑的一半。它耐酸堿、耐化學(xué)腐蝕，在橡 膠、塑料制品中分散性能好，是橡膠、塑料制品中理想的填充補強劑。在天然 橡膠中使用效果更佳，可大幅度降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。(10)碳酸鎂碳酸鎂主要用作橡膠制品填充劑和補強劑，可增加光澤、白度，耐高溫， 是保溫絕緣材料。(11)改性膨潤土改性膨潤土是由天然膨潤

17、土、改性劑及其他助劑配制而成，有較強的吸附 性和陽離子交換能力，主要用作各種橡膠的填充劑和補強劑，可提高橡膠制品 的性能，降低橡膠制品的成本，提高橡膠與簾線的粘合強度和膠料的加工性 能。(12)沸石粉沸石粉是一種非金屬礦物，由于其非常獨特的礦物結(jié)構(gòu)，可用作各種橡膠 的填充劑和補強劑，提高橡膠制品的性能(13)高活性硅石偶聯(lián)劑481補強劑7 / 16高活性硅石偶聯(lián)劑481補強劑是遼寧省海城市鑫利塑膠有限公司研制的新 型橡膠工業(yè)用材料，無毒，無味，微觀成片狀體。該產(chǎn)品具有補強作用，活性 較高，是橡膠工業(yè)良好的補強輔助材料。其產(chǎn)品性能具有強烈的憎水性，化學(xué) 性能穩(wěn)定，耐熱、耐光。(14)xx絹云母有

18、補強效能，可替代部分半補強炭黑使用，還可用作隔離劑。由于 它屬單斜晶系，具結(jié)晶呈薄片狀，故能提高橡膠的阻尼性能。它有良好的耐 熱、耐酸性能和電絕緣性能，還有肪護紫外線和放射性輻射的功能，可用于特 種橡膠制品。(17)煤研石粉煤研五的化學(xué)組成類似高嶺土，即為氧化鋁、二氧化硅和氧化鎂的混合 物，其揮發(fā)成分高達27%,有半補強效能，俗稱硅鋁炭黑。易混入橡膠中，分 散性好，可替代部分炭黑作補強劑使用。2展望各大xx公司近年開發(fā)的xx新品種xx公司近年開發(fā)了 CRX(CRX1325、CRX1346、CRX1420、CRX1436 CRX1444、CRX1476) ECOBLACK(ECOBLACK200

19、0、ECOBLACK8 / 162002、ECOBLAK2006、ECO-BLACK2124、ECOBLACK2125、ECOBLACK4210） VULCAN（VULCAN1345、VULCAN1380、VUL-CAN1391、VULCAN1436巨大系列炭黑新品種。其中，CRX134映高比表面積、 高結(jié)構(gòu)、高著色強度、高補強性炭黑，適用于高、超性能輪胎和賽車胎。CRX142防高耐磨、高滯后性（但生熱不太高）炭黑，適用于Z速度級高性能輪 胎、在泥濘道路上行駛的輪胎和長途行駛的賽車胎。ECOBLAC原歹U為白炭黑-炭黑雙相填充劑（CSDPF）它能提高橡膠-填充劑的相互作用，降低填充劑-填充劑

20、之間的柑互作用，從而降低滾動阻力，提高牽引性，但耐磨性稍有降低。ECOBLACK4210含量較高，而且主要分布于炭黑表面，因此，在降低滾動 阻力的同時，耐磨性與炭黑接近。VULCAN134呼卜強性極好，適用于高、超性能賽車胎；VULCAN1380t磨性高，適用于低滾動阻力轎車胎、低生熱卡車胎和拖 車胎胎面；VULCAN1391為高比表面積、高結(jié)構(gòu)、高著色強度、高補強性炭黑， 適用于高、超性能的賽車胎；VULCAN1436吉構(gòu)高、生熱低、易分散，適用于低 滾動阻力轎車胎和卡車胎胎面。德固賽公司近年開發(fā)成功的炭黑新品種為EB系列炭黑。以EB111為例，其理化性能和N220相近，但著色強度較低，聚集

21、體分布范圍較寬，表面活性因石 墨微晶的邊緣和錯位多而得以增強（故亦稱之為納米級炭黑）。與N220相比，其 滾動阻力降低6%-7%抗?jié)窕詿o差別，耐磨性相等或稍高。其中EB109是一種極高結(jié)構(gòu)的炭黑，降低炭黑用量，滾動阻力比N234降低8%,但抗?jié)窕圆蝗绨滋亢?。EC-ORAXI67適用于卡車輪胎，可以降低滾動阻力、降低油耗； ECORAX1720g用于卡車輪胎，可以提高胎面耐磨性；ECORAX199適用于卡車輪胎，可以提高抗刺扎和抗切割性能，降低磨耗。xx公司開發(fā)的9 / 16CD200S CD2013、CD2014、CD2015、CD2016、CD2038均為超高結(jié)構(gòu)炭黑，基于吸留膠效應(yīng)，可

22、在適當(dāng)降低填充 量的前提下，降低滾動阻力，保持較好的補強性能，適用于子午胎胎面。CD2041的STS頌計吸附層厚度法比表面積）為122m2/g,其粒徑、結(jié)構(gòu)與N110 相近，但表面微孔較少，在用于大客車和載重汽車鋼絲子午胎胎面膠時，可在 降低滾動阻力和生熱的同時，減少胎面磨耗，提高撕裂強度。大陸碳公司開發(fā)的LH10、LH20、LH30 LH35、LH40等5個炭黑品種的氮吸附比表面積由 127 m2/g降低至60 m2/g, DBP值約為135 ml/100 g,其聚集體分布寬、滾動阻力低。LH32可用來替代 N326,用于鋼絲胎膠料，可以降低胎體生熱。X2597A號稱第二代低滯后炭黑產(chǎn)品，表

23、面活性高，比第一代產(chǎn)品的滾動阻力還低。采用新的填充體系提高輪胎的綜合性能輪胎胎面性能的提高受滾，動阻力、濕路面抓著力和胎面磨耗這些相互矛 盾的魔幻三角所限制。對于轎車輪胎來說，要求進一步提高干路面牽引力和干 路面剎車性能，而對載重汽車輪胎來說，對提高耐切割性和耐崩花性要求更 嚴(yán)。10 / 16通常，采用白炭黑可大幅度提高轎車輪胎的濕路面牽引性能，但會降低干 路面牽引力。為了克服這一缺點，可在配方中添加高比表面積炭黑。通過并用 新的白炭黑和硅烷也可以提高濕路面牽引力。為了使載重汽車輪胎胎面獲得更好的耐磨性，必須采用具有更高結(jié)構(gòu)的填 充劑，但其他性能將會下降。更理想的耐切割和耐崩花性能需要高比表面

24、積和 低結(jié)構(gòu)炭黑，但會增加滾動阻力。為了滿足這些相互矛盾的性能要求，載重汽 車輪胎需要新的填充劑。這些填充劑必須對天然橡膠（載重汽車輪胎胎面膠的基 本材料）發(fā)揮出它們最佳的補強潛能。2.2.1載重汽車輪胎用填充劑與三大性能的 關(guān)系（1）滾動阻力載重汽車輪胎的膠料都對滾動阻力有很大的影響。因此，不僅要優(yōu)化胎面 膠，而且也要能減少滯后損失。為了降低載重汽車輪胎胎面的滾動阻力，可采 用兩種方法：一是采用稱為納米級炭黑；二是采用高分散性高比表面積的白炭黑。從填充52份ASTMN356炭黑和相應(yīng)的E-1670納米級炭黑的載重汽車輪胎 天然胎面膠試驗數(shù)據(jù)比較中可以看到，納米級炭黑可大幅度降低滯后損失和生

25、熱，這就表明，這樣可以降低滾動阻力。由于納米級炭黑韻DBP值較低，所以硫化膠的300%定伸應(yīng)力稍低。在各種苛刻使用條件下，E-1670炭黑填充膠的耐磨性均好于 N356填充膠 （填充80phr炭黑的SBR/1, 4-BR膠料）。因此，L1670炭黑是降低滾動阻力的首 選炭黑，至少添加E-1670可獲得優(yōu)越的耐磨性能。與添加N220炭黑的對比膠料相比，炭黑與白炭黑并用可明顯減少滯后損失 （tan彈性、生熱），同時可保持高模量和優(yōu)越的耐磨性。炭黑與白炭黑并用 的佩恩效應(yīng)和動態(tài)剛性比對比膠的低，因此，也可降低滯后損失。通過優(yōu)化胎體膠可進一步降低滾動阻力。如胎面膠那樣，可通過采用特種 炭黑和白炭黑來減

26、小不同輪胎的滯后損失。納米級炭黑E-1830可提高緩沖膠的11 / 16粘合性，而具有20m2/gCTAB值的低比表面積炭黑最適用于胎體、胎圈和氣密 層膠。通過添加或不添加白炭黑的鋼絲簾線掛膠的對比，說明了采用E-1830的好處。采用E-1830的硫化膠模量與其他膠差不多，靜態(tài)下的抽出力(POF)目似，70c下的老化性能未明顯降低，而在恒應(yīng)變條件下測得的tan訃降了 20%以上。降低tan S值可減少生熱，這不僅可降低滾動阻力，而且可提高耐磨性。在胎體和胎圈膠中采用EB204炭黑，這種炭黑具有比普通的 N550炭黑更低 的CTAB表面積(20 m2/g)和更高的DBP彳1(140 ml/100

27、g)。試驗結(jié)果表明，在胎體 膠料配方中采用EB204可降低滯后損失。正如預(yù)料的那樣，通過降低炭黑的比 表面積和稍微增加填充劑的填充量，可在保持模量的同時，降低tan S值20%以上。EB206炭黑具有比EB204炭黑更低的結(jié)構(gòu)(DBP80ml/100g), CTAB表面積(202m/g)相同。盡管EB206的結(jié)構(gòu)比EB204的低，但這種炭黑具有優(yōu)越的分散 性能，通常需要添加比N772和N660更高的填充量才能獲得相同的 300%定伸 應(yīng)力和硬度。因此，這種炭黑最適用于要求提高氣密性的輪胎氣密層膠?？赏ㄟ^改變胎冠膠和胎面基部膠的構(gòu)成，進一步降低滾動阻力。將 E1830 或低比表面積白炭黑作為填充

28、劑，可使胎面基部膠具有非常低的滯后損失。在 胎面膠和胎體膠中采用白炭黑作為主填充劑，可能會產(chǎn)生降低導(dǎo)電率的問題。 為了保證足夠高的導(dǎo)電率，采用具有高導(dǎo)電率結(jié)構(gòu)的膠料是一個解先方法。另 一項措施是采用少量XE2之類的導(dǎo)電炭黑，這種炭黑具有 600m2/g的高CTAB 比表面積。降低炭黑填充膠滯后損失還可以采用炭黑-白炭黑雙相填充劑。通過研究炭 黑-白炭黑雙相填充劑CRX2124的特性對載重輪胎胎面膠效果(以高補強填充劑 N134炭黑作為對比物)得知，CRX2124交料的滯后損失比炭黑膠料低得多，而 且，通過添加TESPTI以進一步減小tan S值。CRX2124交料的最大tan S比炭黑 對比膠

29、的小24%,這表明其滾動阻力比炭黑膠的低得多。(2)耐磨性、耐切割性和耐崩花性12 / 16對載重汽車輪胎，特別是對長途載重汽車輪胎，最重要性能要求是優(yōu)越的 胎面耐磨耗性能。對公路或越野重型卡車來說，較好的耐切割性、耐崩花性和 耐掉塊性也是重要的。用納米技術(shù)可滿足載重汽車輪胎的性能要求。2特殊的納米級炭黑E-1990具有高CTAB比表面積（135m/g）、高結(jié)構(gòu)（DBP91ml/100g和低微 孔率。E-1990炭黑的獨特性能使其成為提高耐切割性、耐崩花性、胎面耐磨性 和低滯后損失之間的綜合平衡的理想填充劑。在7%滑移率下測得的CRX212錢黑-白炭黑雙相填充劑填充膠的磨耗指數(shù) 只比炭黑對比膠

30、低約17% 通過添加1.0（質(zhì)量份）TESPTI以進一步提高CRX2124 填充膠的耐磨性其耐磨性更接近填充 N134炭黑的載重汽車輪胎胎面膠。（3）濕路面防滑性能通過測試炭黑、白炭黑和 ECOBLAC籌填充胎面膠在不同負荷下的抗?jié)窕?能可以看出，炭黑的濕摩擦因數(shù)與白炭黑類似，而ECO-BLAC要好得多。與炭黑相比，使用ECO-BLACK；料可以使載重輪胎的抗?jié)窕阅塬@得顯著改善；將 填充CRX212錢黑-白炭黑雙相填充劑的硫化膠與 N134炭黑硫化膠的防滑性能 作比較，CRX2124K充膠具有更高的濕路面防滑性能。2.2.2轎車輪胎用填充劑與三大性能的關(guān)系（1）滾動阻力在歐洲，轎車輪胎胎面

31、膠已采用高填充量的白炭黑/硅烷補強體系。配方的進一步優(yōu)化，基本上取決于提高聚合物 -填充劑相互作用和減少填充 齊IJ-填充劑網(wǎng)絡(luò)。提高牽引力和剎車性能需要膠料具有最易耗散能量的滯后特 性。這可以通過改變填充劑體系或填充劑并用，結(jié)合優(yōu)化聚合物基料獲得。例 如，將丁基橡膠添加到白炭黑填充 SBR交料中。通過檢驗不同輪胎部件對滾動 阻力的影響得知，低滯后損失的胎面膠最能降低滾動阻力，而通過優(yōu)化胎體結(jié) 構(gòu)也可以在一定程度上降低滾動阻力。采用胎冠 -基部結(jié)構(gòu)也可以通過減少滯后 損失來進一步降低滾動阻力。將來最有可能獲得應(yīng)用的是跑氣保用輪胎，這種 輪胎具有能在低壓或零內(nèi)壓下承載負荷的特殊胎側(cè)。這種胎側(cè)必須

32、具有高剛性 和低滯后損失。13 / 16要滿足這些要求，最好采用添加了較高結(jié)構(gòu)低比表面積炭黑(例如N 550或 EB 204的高交聯(lián)密度NR/BR并用膠。S-SBR/1 4-BR膠料可通過提高膠料中的白 炭黑與炭黑的配比來降低滯后損失。由于CSDPF400咕炭黑-炭黑雙相填充劑膠料具有較低的填充劑-填充劑相互 作用和較高的聚合物-填充劑相互作用，所以，它實際上減少了膠料的填充劑網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)。在CRX4210交料中很少產(chǎn)生填充劑網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不會對硫化膠的滯后損 失與溫度的相關(guān)性產(chǎn)生很大影響。通過在 2.5%應(yīng)變振幅和10 Hz下測得的tan 5 與溫度的關(guān)系可知，CRX421g白炭黑一樣，具有比炭黑

33、低得多的高溫下的 tan遁的高得多白低溫下的tan通。炭黑膠料的最大tan遁是0.323,該數(shù)值 比CRX421而白炭黑的tan S值分別小48%口 50% 根據(jù)眾所周知的滾動阻力和 高溫下的tan S值之間的相關(guān)性可以預(yù)測，采用 CRX421CK方的輪胎的滾動阻力 與白炭黑配方輪胎的差不多，但比炭黑配方輪胎的低得多。降低滾動阻力還可使用形成較少強網(wǎng)絡(luò)，從而減少滯后損失的填充劑。這 些填充劑可以是低比表面積的天然填充劑和改性淀粉、纖維素、微粒凝膠之類 的有機物質(zhì)。理想的方法是添加第二種甚至第三種填充劑，但這些填充劑都存 在著補強性較低的問題，因為這些填充劑具有比白炭黑和炭黑更少的活性表面 或更少的剛性結(jié)構(gòu)。為了解決胎面耐磨性問題，上述填充劑的填充量限制在5%-15%,且通常須采用偶聯(lián)劑。耐磨性由于白炭黑與炫類橡膠之間有較低的聚合物 -填充劑相互作用，即使添加高 用量的偶聯(lián)劑，白炭黑配方的耐磨性也比炭黑配方的差得多。這種較差的耐磨 性可以通過提高含白炭黑填充劑的炭黑相表面活性得到部分補償。用卡博特磨 耗試驗機在14%滑動速度下測得的耐磨性指數(shù)表明，雖然填充CRX421價口 2.7質(zhì)量份TESPT勺膠料的耐磨性不能完全達到炭黑配方的水平，但比白炭黑配方 要好得多。(3)濕路面防滑性能14 / 16濕路面防滑性能試驗在室溫下進行，用濕噴砂玻