① 陳新中 ②陳嘉璇 ①蔡強(qiáng) 孟巧玲(① 山東耐斯特炭黑有限公司，②山東濰坊學(xué)院化工學(xué)院)

一. 前言

NC8515炭黑是一種高結(jié)構(gòu)中等比表面積和粒徑的高耐磨炭黑，它能賦予橡膠更好的耐磨性能和較低的生熱性，其耐磨性能與N234相當(dāng)，但其生熱性與N351相當(dāng)，是一種可以取代N234炭黑，但性能優(yōu)于N234炭黑的新炭黑品種，主要應(yīng)用于全鋼子午線輪胎和半鋼子午線輪胎的胎面、需要高耐磨及低生熱的傳送帶、輸送帶行業(yè)。本文主要從橡膠基本配方研究NC8515炭黑的性能，并采用半鋼子午線輪胎的實(shí)驗(yàn)配方進(jìn)行論證，從而研究此炭黑品種的性能及對(duì)橡膠性能的影響。

二、 實(shí)驗(yàn)部分

１. 實(shí)驗(yàn)所需材料：

天然橡膠：泰國(guó)1#煙片膠

氧化鋅：天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)

硬酯酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司

硫磺粉：山東單縣尚舜化工有限公司

促進(jìn)劑DZ：山東單縣尚舜化工有限公司

N234炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

N134炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

NC8515炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

N375炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

２. 實(shí)驗(yàn)所需儀器

拉力機(jī)：上海嘉杰試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)

DIN磨耗機(jī)：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)

阿克隆磨耗機(jī)：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)

氮吸附比表面積分析儀：美國(guó)麥克公司產(chǎn)品

吸油計(jì)：德國(guó)布拉本特公司產(chǎn)品

壓縮吸油機(jī)：中橡炭黑工業(yè)設(shè)計(jì)研究院生產(chǎn)

萬(wàn)分之一天平：梅特勒.托利多

紅外水份測(cè)定儀：梅特勒. 托利多

著色強(qiáng)度儀：美國(guó)HunterAlab產(chǎn)品

硫化機(jī)：上海化機(jī)廠

煉膠機(jī)：上?；瘷C(jī)廠

烘箱：上海化機(jī)廠

振蕩機(jī)：上?；瘷C(jī)廠

門尼硫變儀：阿爾法特公司生產(chǎn)

老化箱：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司

３. 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)配方及實(shí)驗(yàn)條件如下

實(shí)驗(yàn)1以橡膠標(biāo)準(zhǔn)配方作為依據(jù)，通過(guò)對(duì)比NC8515、N134、N234、N375炭黑及其混煉膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和DIN磨耗數(shù)據(jù)，分析對(duì)比NC8515炭黑與N134、N234及N375炭黑對(duì)橡膠性能的影響，來(lái)評(píng)價(jià)NC8515炭黑的優(yōu)缺點(diǎn);實(shí)驗(yàn)2采用半鋼子午線輪胎工業(yè)配方，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小配合實(shí)驗(yàn)，研究NC8515炭黑應(yīng)用于胎面膠配方中性能。

二. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

1. 各品種炭黑的分析數(shù)據(jù)

按照炭黑的分析方法對(duì)表征炭黑性能的幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如表1.

小結(jié)：由上表可以看出，相對(duì)于N134和N234炭黑來(lái)說(shuō)，NC8515炭黑的粒徑較大，比表面積較低，結(jié)構(gòu)較高，但相對(duì)于N375來(lái)說(shuō)，NC8515炭黑的粒徑與N375相當(dāng)，結(jié)構(gòu)更高。在表面殘油方面，NC8515表面的殘油較多，其表面活性較強(qiáng)。

2. 橡膠標(biāo)準(zhǔn)配方實(shí)驗(yàn)物性分析

研究輪胎標(biāo)準(zhǔn)配方中各炭黑對(duì)膠料性能的影響，我們分析了膠料的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、膠料比重、DIN磨耗指數(shù)，其分析結(jié)果如表2.

小結(jié)：

Ⅰ.　NC8515因其具有較高的100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力，因此其拉斷伸長(zhǎng)率較低，

Ⅱ.　NC8515的300%定伸和100%定伸應(yīng)力在此四種炭黑中最高，其DIN磨耗指數(shù)也最高，因此DIN磨耗與膠料的定伸應(yīng)力具有正相關(guān)性。

Ⅲ.　DIN磨耗指數(shù)與膠料的拉伸強(qiáng)度相關(guān)性不強(qiáng)

Ⅳ.　DIN磨耗指數(shù)越高，耐磨性越好。

3. 工業(yè)配方小配合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論

工業(yè)配方的小配合實(shí)驗(yàn)我們?cè)谙嚓P(guān)的配方及工藝條件下，用等量的NC8515炭黑替代N234炭黑，分析兩種炭黑的混煉膠及丈母化膠的門尼、硫變、焦燒、老化性能，耐撕裂性能、變形及磨耗指數(shù)，對(duì)比性能的變化，為工業(yè)化實(shí)驗(yàn)尋求替代依據(jù)。

3.1  兩種硫化條件下硫變儀測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比

小結(jié)：表3.表4可以看出，硫變性能中ML、MH兩種炭黑沒(méi)有明顯差異，硫化時(shí)間方面兩種炭黑相差不大，表征正硫化時(shí)間的T90雖有差異，但差異在可以接受的范圍內(nèi)。

3.2  研究?jī)煞N炭黑補(bǔ)強(qiáng)的膠料門尼及焦燒，其數(shù)據(jù)列于表5

由上表可以看出：用N234炭黑填充的膠料門尼粘度比用NC8515炭黑填充的膠料高2度，焦燒時(shí)間是用NC8515炭黑填充的膠料更長(zhǎng)，加工安全性更佳。

3.3 研究在1500C條件下硫化不同時(shí)間，兩種不同炭黑的小配合實(shí)驗(yàn)，膠料的各項(xiàng)物理性能對(duì)比如表6、表7、表8。

由上表可以看出：對(duì)應(yīng)于NC8515炭黑填充的硫化膠和N234炭黑填充的硫化膠，膠料的硬度N234炭黑填充的硫化膠老化前高4度，老化后相當(dāng)，老化前后兩種炭黑填充的硫化膠拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力無(wú)明顯變化撕裂強(qiáng)度也未見(jiàn)明顯變化，但用NC8515填充的硫化膠的永久變形老化前后均優(yōu)于用N234炭黑填充的硫化膠。

小結(jié)：由上表可以看出，在硫化溫度為150℃，硫化時(shí)間為18min時(shí)分析兩種炭黑填充的硫化膠老化前后性能，膠料的硬度N234炭黑填充的硫化膠比NC8515炭黑填充的硫化膠均高2-3;老化前后的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及100%定伸應(yīng)力、200%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力均無(wú)明顯變化;撕裂強(qiáng)度表現(xiàn)一致，永久變形及磨耗量、DIN磨耗指數(shù)相當(dāng)，表明兩種炭黑的耐磨性相當(dāng)，壓縮生熱方面，用NC8515炭黑填充的硫化膠壓縮溫升老化前后均比N234炭黑填充的硫化膠低50C，表明此種炭黑的耐磨性優(yōu)異，生熱降低。

小結(jié)：由上表可以看出，在硫化溫度為150℃，硫化時(shí)間為30min時(shí)，分析兩種炭黑填充的硫化膠老化前后性能，膠料的硬度老化后具有上升趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度老化后比老化前略有下降，同時(shí)NC8515炭黑填充的硫化膠拉伸強(qiáng)度比N234炭黑填充的硫化膠拉伸強(qiáng)度老化前后均低約1.0Mpa  ，伸長(zhǎng)率兩種膠料差異不明顯，但老化前后夾擊比老化前均有明顯下降，定伸應(yīng)力兩種膠料無(wú)明顯差距，永久變形方面，用NC8515炭黑填充的膠料明顯低于用N234炭黑填充的膠料，主要原因應(yīng)該是NC8515炭黑的高結(jié)構(gòu)所致，撕裂強(qiáng)度方面兩種硫化膠無(wú)明顯差異。

三．實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1. NC8515炭黑化學(xué)性能類似于N300系炭黑，其粒徑類似于N375，結(jié)構(gòu)類似于N343，是一種高結(jié)構(gòu)中等經(jīng)表面積的非標(biāo)準(zhǔn)炭黑。

2.  對(duì)比用橡膠的標(biāo)準(zhǔn)配方混煉的膠料性能，用NC8515炭黑填充的膠料與N134、N234、N375炭黑填充的膠料，在100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力上均明顯偏高，相差約1Mpa，伸長(zhǎng)率略低，但DIN耐磨指數(shù)方面，NC8515炭黑最高，與N134炭黑相近，明顯高于N234炭黑和N375炭黑，此應(yīng)該與該炭黑具有較高的結(jié)構(gòu)和高的定伸應(yīng)力有關(guān)。

3.  對(duì)比工業(yè)化小配合實(shí)驗(yàn)配方，用NC8515炭黑填充的膠料與N234炭黑填充的膠料性能，硫化時(shí)間為11min和30min，老化前后表現(xiàn)的趨勢(shì)相同，兩種膠料的性能沒(méi)有明顯差異，但在永久變形方面，NC8515填充的膠料明顯好于N234炭黑填充的膠料，主主要取決于NC8515炭黑較高的結(jié)構(gòu)，其膠料的彈性好，變形低，在壓縮溫升方面，用NC8515填充的膠料老化前后壓縮溫升明顯低于用N234炭黑填充的膠料，平均降低幅度達(dá)到50C，表明NC8515炭黑的壓縮生熱低，但DIN磨耗兩者的膠料表現(xiàn)相當(dāng)。

4.  綜上所述：NC8515炭黑在工業(yè)化配方中完全可以等量替代N234炭黑，且其膠料的性能得到了很大提高，不僅其耐磨性相當(dāng)，其壓縮生熱明顯降低，這是目前輪胎行業(yè)追求的目標(biāo)。