何　燕 馬連湘 崔　琪(青島科技大學(xué)機電工程學(xué)院，山東青島266061)

摘要：研究了炭黑品種和用量對輪胎胎面膠熱擴散系數(shù)(α)、導(dǎo)熱系數(shù)(λ)及比熱容(C)3種熱物性參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著炭黑填充量的增加，胎面膠的α及λ均逐漸增大，C逐漸減小。炭黑的結(jié)構(gòu)性對胎面膠α的影響程度大于炭黑的粒徑;溫度相同時，炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，其填充胎面膠的α越大;隨著炭黑填充量的增加，3種炭黑填充胎面膠α之間的差距呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。炭黑的結(jié)構(gòu)性及粒徑對胎面膠C的影響沒有固定的規(guī)律，但在低溫區(qū)，炭黑的粒徑越大，其填充胎面膠的C越大，且炭黑填充量對此差距無影響。炭黑的結(jié)構(gòu)性對胎面膠λ的影響程度大于炭黑的粒徑;溫度相同時，炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，其填充胎面膠的λ越大;當(dāng)炭黑用量較低時，其對胎面膠λ的影響程度相對較小，隨著炭黑填充量的增加，3種炭黑填充胎面膠λ之間的差距呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

關(guān)鍵詞：輪胎;胎面膠;炭黑;熱擴散系數(shù);導(dǎo)熱系數(shù);比熱容

中圖分類號：TQ33038+1文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1000-1255(2007)03-0211-04

炭黑作為一種最重要的橡膠增強劑，由于其自身的結(jié)構(gòu)和特點，對橡膠的熱物性有著較大的影響。從微觀角度考慮，炭黑粒子越小，比表面積越大，其凝膠的能力就越強，對橡膠分子束縛性增強，兩者結(jié)合愈緊密，同時，炭黑對距離相當(dāng)遠的分子也有影響。由固體聚合物的熱傳導(dǎo)機制可知，橡膠鏈端分子就會更易感應(yīng)到由原子誘發(fā)的晶格波的振動，膠料的導(dǎo)熱性能也隨之增強。膠料的導(dǎo)熱性能好，其內(nèi)部溫度的傳播速度越大，各點的溫差越小，熱擴散能力增強，溫度趨于一致的能力增強，從而使膠料的貯熱能力降低，即表現(xiàn)為膠料的比熱容(C)下降。同時，炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，炭黑聚集體中粒子個數(shù)增多，形態(tài)越復(fù)雜，分子鏈“掛”在炭黑納米結(jié)構(gòu)上的橡膠分子越多，炭黑與橡膠的結(jié)合更為緊密，膠料的熱擴散性能及導(dǎo)熱性能增強，C降低。因此，炭黑的粒徑及結(jié)構(gòu)性是影響炭黑填充橡膠熱物性的2個微觀因素，而兩者的影響是相反的趨勢。本工作以N100、N200、N3003種系列的炭黑為著眼點，研究了牌號分別為N115、N220、N3513種炭黑對輪胎胎面膠熱物性的影響規(guī)律。

1　實驗部分

1.1　原材料

丁苯橡膠(SBR)，牌號為1502、1712;順丁橡　膠(BR)，牌號為9000，均為齊魯石化公司橡膠廠產(chǎn)品。炭黑，牌號為N115、N220、N351，其粒徑及其結(jié)構(gòu)性從小到大的順序為：N115，N220，N351，青島德信源工貿(mào)有限公司產(chǎn)品。其他原材料均為橡膠工業(yè)常用品。

1.2　試樣制備

基本配方(質(zhì)量份)為SBR150220，SBR171260，BR20，芳烴油38.5，氧化鋅2.2，硫黃2.2，促進劑1.15，防老劑5.5，硬脂酸1.7，石蠟2，炭黑變量。

混煉分兩段進行，一段在密煉機中，二段在上海輕工機械研究所生產(chǎn)的S(X)160A型雙輥筒煉膠機中。防老劑和芳烴油在一段混煉時加入，硫黃和促進劑在二段混煉時加入，膠料混煉均勻后下片?；鞜捘z停放48h后在深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的HS-100T-FTMO-2PT型平板硫化儀上進行硫化，硫化溫度為160℃，硫化時間為15min。將硫化膠料裁制成圓形試樣，試樣的直徑為12.7mm，厚度為2.0mm。

1.3　分析與測試

用德國Netzsch公司生產(chǎn)的LFA447型激光導(dǎo)熱儀測試膠料的熱擴散系數(shù)(α)、導(dǎo)熱系數(shù)(λ)及C。冷卻氣為液氮，測試溫度為25～140℃。

2　結(jié)果與討論

2.1　炭黑對胎面膠α的影響

隨著炭黑填充量的增加，胎面膠的α逐漸增大。在溫度相同的條件下，炭黑用量為40，50，60，80，90份時，N115炭黑填充胎面膠的α最小;炭黑填充量為70份時，N115和N220填充胎面膠的α較小，且兩者相差不大;除了炭黑填充量為50份和90份時，N351填充胎面膠的α均大于其他2種炭黑填充胎面膠。這說明，炭黑的結(jié)構(gòu)性對胎面膠熱擴散性能的影響程度大于炭黑的粒徑。

還可以看出，隨著炭黑填充量的增大，αN351，αN220，αN115三者之間的差距呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。這是因為炭黑填充量較少時，炭黑對胎面膠α的影響很小，α主要與橡膠中主膠料的性能有關(guān);隨著炭黑填充量的增加，炭黑的品種對α的影響逐漸增加;但當(dāng)炭黑的填充量增加到足夠高時，炭黑在橡膠中填充得越來越滿，分散性越來越好，炭黑整體所起到的作用掩蓋了其品種的影響，胎面膠α的差距又逐漸變小了。

2.2　炭黑對胎面膠C的影響

隨著炭黑填充量的增加，胎面膠的C逐漸減小。在溫度相同的條件下，當(dāng)炭黑填充量不同時，3種胎面膠的C總體差別不大，且這種差別隨著炭黑填充量的增加也沒有較明顯的變化。但3種胎面膠的C曲線的重合度與溫度卻有一定的關(guān)系。在低溫區(qū)，3種胎面膠的C曲線重合度低，C的變化趨勢基本上是CN351最大，CN220次之，CN115最小，隨著溫度的升高，3種胎面膠C的差距越來越小，達到一定溫度后，3種胎面膠的C交叉變化，沒有固定的規(guī)律。這說明，炭黑的結(jié)構(gòu)性及粒徑對胎面膠C的影響沒有規(guī)律性，只是在低溫區(qū)炭黑粒徑對胎面膠C的影響程度略大。

2.3　炭黑對胎面膠λ的影響

隨著炭黑用量的增加，胎面膠的λ逐漸增大。炭黑品種對胎面膠λ的影響較為明顯，在同一溫度下，不同炭黑填充量下3種胎面膠的λ均是呈現(xiàn)λN351最大，λN220次之，λN115最小。這說明，炭黑的結(jié)構(gòu)性比其粒徑對胎面膠λ的影響程度大，炭黑結(jié)構(gòu)性越高，其填充胎面膠的導(dǎo)熱性能越強。但炭黑品種對胎面膠導(dǎo)熱性能影響的大小隨炭黑填充量的變化有差異。當(dāng)炭黑用量較低時，其對胎面膠λ的影響相對較小;隨著炭黑用量的增加，3種胎面膠λ的差距逐漸加大，即填充炭黑N351胎面膠的導(dǎo)熱性能要優(yōu)于其他2種炭黑填充胎面膠;繼續(xù)增加炭黑填充量時，3種胎面膠λ的差距又逐漸變小。同時，在炭黑的高填充量下，隨著溫度的升高，3種胎面膠λ的差距也逐漸減小。

綜上所述，填充90份N351炭黑時，胎面膠的熱物性最佳。

3　結(jié)　論

a)隨著炭黑填充量的增加，胎面膠的α及λ均逐漸增大，C逐漸減小。

b)炭黑的結(jié)構(gòu)性對胎面膠α的影響程度大于炭黑的粒徑;溫度相同時，炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，其填充胎面膠的α越大;隨著炭黑填充量的增加，3種炭黑填充胎面膠α之間的差距呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

c)炭黑的結(jié)構(gòu)性及粒徑對胎面膠C的影響沒有固定的規(guī)律，但在低溫區(qū)，炭黑的粒徑對胎面膠C的影響程度略大，炭黑的粒徑越大，其填充胎面膠的C越大，且炭黑填充量對此差距無影響。

d)炭黑的結(jié)構(gòu)性對胎面膠λ的影響程度大于炭黑的粒徑;溫度相同時，炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，其填充胎面膠的λ越大;當(dāng)炭黑用量較低時，其對胎面膠λ的影響程度相對較小，隨著炭黑填充量的增加，3種炭黑填充胎面膠λ之間的差距呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

參考文獻：

1　張軍，鄭昌仁，馮今明，等高聚物的熱傳導(dǎo)性質(zhì)[J]高分子通報，2001(6)：54～59

2　何燕，崔琪，馬連湘熱擴散系數(shù)測量的新方法[J]青島科技大學(xué)學(xué)報，2005，26(6)：517～518