白炭黑／偶联剂补强橡胶的性能研究
白炭黑改性及其在橡胶中的应用研究进展_燕鹏华
白炭黑改性及其在橡胶中的应用研究进展燕鹏华，梁 滔（中国石油兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730060）摘要：介绍白炭黑改性及其在橡胶中的应用研究进展。
通过白炭黑表面接枝改性和偶联剂改性以及白炭黑与其它填料插层复配，可增强白炭黑与橡胶间的相互作用，改进白炭黑的补强效果。
白炭黑用于天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶等中，胶料网络结构增强，物理性能和抗湿滑性能改善，滚动阻力降低。
未来白炭黑研究应集中在白炭黑的界面属性方面，以进一步发挥白炭黑作为补强填料的优势。
关键词：白炭黑；改性；填充；补强；橡胶白炭黑即水合无定形二氧化硅，它是一种大比表面积、高结构、高活性的补强填充材料，因其具有特殊的表面结构、颗粒形态以及物理和化学性质，应用十分广泛[1-2]。
根据制备方法不同，白炭黑可分为气相法白炭黑和沉淀法白炭黑[3]。
气相法白炭黑是球链状结构，外比表面积大，表面羟基少；沉淀法白炭黑是低结构的球状物，孔隙率高，内外比表面积均较大，表面羟基多。
沉淀法白炭黑主要以石英砂、纯碱、工业盐酸、硫酸、硝酸或二氧化碳为原料，原料便宜、易得，生产工艺和设备较简单，产品价格低，目前在市场上占据主导地位，产量约占白炭黑产量的85%。
气相法白炭黑主要以硅氧烷（尤其是六乙基硅氧烷）、四氯化硅等为原料，反应条件易控制，产品纯度高，但原料价格较高，产率低。
近年固特异开发了用稻壳灰制备白炭黑的新技术[4]。
目前，在橡胶补强剂中白炭黑用量仅次于炭黑，但与橡胶的相容性较差，加工性能不如炭黑[5]。
随着欧盟REACH法规和轮胎标签法规的相继实施，橡胶及其制品的环保化迫在眉睫，再加上浅色制品的需求，白炭黑改性及应用研究越来越受到重视。
1 白炭黑改性白炭黑表面有大量的羟基，导致其易团聚，在使用过程中白炭黑通常需要改性，以提高其分散性。
白炭黑改性的方法主要有物理改性和化学改性，本文主要关注化学改性。
宋英泽等[6]以正硅酸乙酯为硅源，氨水为催化剂，乙烯基三乙氧基硅烷为改性剂，采用溶胶-凝胶法制备了乙烯基官能化的白炭黑。
用新的填充体系提高橡胶的性能
０
■ 辎
尽
剪切振幅 结构 ＋ 填充剂一 聚合物相互作用 ＝挂胶帘布结构 图 １ 填 充 橡 胶体 系 的典 型 潘 恩 效 应 曲 线
维普资讯
第 ４期
文 兴 新 的填 充体 系提 高 橡 胶 的 性 能 用
２ １
充剂 网络是 降低 滞后 损失进 而 降低 轮胎 滚动 阻力
的一个 有效 方 法 。另外 ， 以通 过 挂 胶 帘 布 结构 可
力 研究 ， 开发 成功 了最 适合 于载 重 汽 车轮 胎 胎 面
胶 的 Ｅ ｏａ ｃｒｘ系列 炭黑 （ 米 结 构 炭黑 ） 纳 。现 代 化 加 工技术 是 提 高 这 些 级 别 炭 黑 的表 面 活性 的 关 键 。这种加 工技术 的进 步可使 炭黑 粒子 纳米 结 构 化， 能够制 造 出适 用 于 载 重 汽车 轮 胎 胎 面胶 的 专 用 炭黑 。Ｅ ｏａ ７ ０是 这 些 专 用 Ｅ ｏａ 列 炭 ｃｒ １２ ｘ ｃｒ ｘ系
维普资讯
２ ０
现 代 橡 胶 技 术
２０ ０ ７年第 ３ ３卷
用新 的填 充体 系提 高 橡胶 的性 能
文
摘
兴
编译
要 ： 文 介 绍 了用 创 新 的 炭 黑 、 炭 黑和 新 的橡 胶 硅 烷 偶 联 剂改 善 轮 胎 滚 动 阻 力 的潜 在 可能 性 。特 别 是 用 新 的硅 烷 本 白
为 了进 一步 降 低 对 胎 体胶 要 求 的 滚 动 阻力 ， 特 殊的反应 器设计 结合 特殊 的加工 技术 使迪 高 莎 能够 生产具 有非 常低 比表 面 积 的软质炭 黑 。通过
什么是白炭黑？白炭黑在橡胶中的重要指标应用
什么是白炭黑？白炭黑在橡胶中的重要指标应用很多朋友们都知道白色的二氧化硅粉体有个俗名叫白炭黑，但你是否知道它这个称呼的缘由是什么呢？白炭黑与炭黑的关联在了解白炭黑“WhiteCarbonBlack”之前我们应该了解一下与它的名称来源密切相关的炭黑“CarbonBlack”。
人们早在3000多年前就掌握了烧烟制墨技术，但长期以来炭黑的生产技术发展缓慢，直到1872年，世界上才首次出现了炭黑工业的规模生产，同时产生了“CarbonBlack（炭黑）”这一术语，这就是近代炭黑工业的开端。
1912年英国人莫特（Mottee）发现了炭黑对橡胶的补强作用，特别是显著提高轮胎耐磨性能以后，自此炭黑的需求量迅速增长，并逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。
炭黑作为橡胶工业的补强材料已有百来年历史在第一次世界大战期间，由于生产炭黑的能源材料紧缺，德国开始使用沉淀法生产的白色二氧化硅替代炭黑，而白色的无定型二氧化硅因物性及用途与炭黑相似而得名白炭黑（WhiteCarbonBlack）。
再后来，由于汽车及其运输业的高速发展、炭黑生产用原料的涨价和节能减排的要求，又使白炭黑成为橡胶行业补强材料的佼佼者。
目前，白炭黑用在彩色橡胶制品中可以完全替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要。
轿车“绿色轮胎”及冬季轮胎的制造是白炭黑的拿手好戏，白炭黑用于轮胎，使其获得更低的滚动阻力和改善轮胎的抓地力，从而提高汽车燃油效率。
这些具有高燃油效能等的节能型轮也被称作“绿色轮胎”。
如今我们所说的白炭黑已经不单纯是一种在橡胶配方中用作炭黑的替代品，而是一种X-射线无定形的硅酸和硅酸盐的白色超细粉体的总称，这类粉体材料具有非常广泛的应用，根据制备路线不同，主要分为沉淀法白炭黑及气相法白炭黑两大类。
一．白炭黑的制造白炭黑的制备多采用两种方法，即煅烧法和沉淀法。
煅烧法制备的白炭黑又称为气相法白炭黑或干法白炭黑，它是以多卤化硅（SiClx）为原料在高温下热分解，进行气相反应制得。
白炭黑高官能化改性及其填充SBR性能的研究
表 面接枝 聚合 制备 壳一 核结 构 粒子 的 重要 步 骤之
一
１ ３ 试 样 制 备 ．
。
在现 阶段橡 胶 应用 领 域 中 ， 白炭黑 通 常 与偶
（） １ 偶联 剂 ＫＨ一７ ５ ０水解 称取 一 定 量 的偶 联 剂 ＫＨ－７ ， 入 去 离 子 ５Ｏ 加
联 剂一起 添加到基 体 中 ， 过混炼 达到分散 效果 ， 通 但存 在填料 分散 不 均 、 炼 时 间长 以及 能 耗大 等 混
水 ， 醋 酸调 节 ｐ 值 为 ３ ５ ５ ５ 常温 搅 拌 下 用 Ｈ ．～ ． ，
进行水解 反应 。 （） ２ ＫＨ一７ ５ ０改 性 白 炭 黑
缺点 。本工作 采用偶联 剂 ＫＨ一７ ５ ０对 白炭 黑进 行
有机 官能化改性 ， 并对其 填充橡 胶性能进 行研究 。
１ 实 验
１ ３ｍｉ， 偶 联 剂用 量 为 ８份 ， 得 产 物 官能 化 程 度 最 高 ， ４ ｎ 且 所 接枝 率 达 到 １． 。改 性 白炭 黑 填 充 Ｓ Ｒ 中 的填 料 分 散 ６３ Ｂ
性 明显 提 高 ， 料 的硫 化 时 间缩 短 ， 胶 综合 物 理 性 能 提 高 。
关键词： 自炭 黑 ； 联剂 ；Ｂ 高官 能 化 改性 ； 解 ； 理性 能 偶 Ｓ Ｒ； 水 物
＊通 讯 联 系 人
（ ） 射 电子 显微镜 （ Ｅ 分析 １透 Ｔ Ｍ） 采用 ＨＩ ＡＣ ８ ０ Ｔ ＨＩ Ｈ－ １０型 ＴＥ Ｍ（ 日本 日立 公 司产品 ） 行分 析 ， 进 加速 电压为 ２ ０ｋ ０ Ｖ。
第 ２期
韩 晓沽 等 ． 白炭 黑 高 官 能 化 改 性 及 其 填 充 Ｓ Ｒ性 能 的 研 究 Ｂ
排胶温度和时间对炭黑白炭黑偶联剂Si69补强体系硅烷化反应程度和胶料性能的影响
排胶温度和时间对炭黑/白炭黑/偶联剂Si69补强体系硅烷化反应程度和胶料性能的影响王 虹，方之峻（双钱集团上海轮胎研究所有限公司，上海 200245）摘要：研究排胶温度和时间对炭黑/白炭黑/偶联剂Si69补强体系中白炭黑硅烷化反应程度和胶料性能的影响。
结果表明，当排胶温度为155 ℃、排胶时间为280～320 s时，炭黑/白炭黑/偶联剂Si69补强体系混炼胶中白炭黑的硅烷化反应程度最高，填料分散性较好，胶料的综合性能最佳。
关键词：排胶温度；排胶时间；天然橡胶；炭黑；白炭黑；偶联剂Si69；补强体系；硅烷化反应程度；胶料性能中图分类号：TQ330.38；TQ330.6＋3 文章编号：1006-8171（2020）08-0495-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2020.08.0495随着欧盟轮胎标签法实施的推进，轮胎行业越来越注重绿色环保原材料的应用。
白炭黑补强胶料具有低滚动阻力、低能耗和高抗湿滑性能的优势，白炭黑/炭黑并用补强体系在轮胎中的应用也越来越广泛。
白炭黑含有硅羟基（—Si—O—H），具有较高的极性，形成的氢键使得白炭黑在橡胶中分散困难、易自聚，为此在工业生产中常加入硅烷偶联剂[1]。
研究表明[2]，在白炭黑/天然橡胶（NR）复合材料中加入硅烷偶联剂TESPT（Si69），不仅可以改善白炭黑的分散性，还能解决白炭黑与橡胶的结合问题，从而降低胶料滚动阻力，提高抗湿滑性能。
白炭黑生产中的工艺条件对胶料性能的影响已有报道[3-4]，但是有关硅烷化反应程度与胶料性能的相关性研究却很少见报道。
为了发挥硅烷偶联剂最大的作用，应使混炼阶段白炭黑的硅羟基与硅烷偶联剂的烷氧基之间的硅烷化反应尽可能充分完成。
因此，硅烷化反应程度影响着偶联剂的高效利用以及轮胎的优异性能，对其研究尤为重要。
本工作采用顶空气相色谱分析仪和RPA2000橡胶加工分析仪，结合硫化胶的物理性能，研究炭黑/白炭黑/偶联剂Si69补强体系中白炭黑硅烷化反应的最佳工艺条件，为实际的工艺加工过程提供理论依据和参考。
偶联剂改性白炭黑对SBR胶料性能的影响
１４ 试样 的性 能测 试 ．
拉伸 性 能按Ｇ ／ ５ ８ ２ ０ 测试 ，拉伸 Ｔ ２－ ０９ Ｂ
速 度 ５ ０ ｍ ｍｉ ； 撕 裂性 能按 Ｇ ／ ５ ９ １９ ￣ ０ ｍ ／ ｎ ＢＴ ２— ９９ ０
１实 验 部 分
１ １主 要材料 ．
试 ，速 度 为 ５ ０ ｍ ｍｉ ； 硬 度 ０ｍ ／ ｎ
种重要补强填充剂，能大幅提高胶料的物理性 能 、减 少胶料 滞 后 、降低 轮胎 的滚 动 阻力 ， 同时 不 损 失其 抗 湿 滑性 。但 是 白炭 黑 与烃 类 橡 胶
一
Ｙ 氨丙基三乙氧基硅烷 （ Ｈ ５ ０ 、Ｎ （ 一 一 Ｋ － ５ ） － ｐ 氨乙 基） 一ｖ一 丙 基三 甲氧基 硅 烷 （ Ｈ ７ ２ 、缩 水甘 氨 Ｋ －９） 油醚基丙基三 甲氧基硅烷 （ Ｄ ６ ） ｗ － ０ 和乙烯基三丁 酮肟基 硅烷 （Ｇｓ ｓ ，南京 曙光 化工 集 团有 限公 Ｈ － ｏ）
２
偶联 剂改性 白炭 黑对Ｓ Ｒ 料性 能 的影响 Ｂ胶
偶 联剂改性 白炭黑对Ｓ Ｒ Ｂ 胶料性能 的影响
邱 贤亮 ，岑 兰 ，陈福林 ，周彦 豪 （ 东￣ Ｊ 大 学材 料 － 源学 院 ，广 州 ，５ ００ ） 广 ２ｋ ， ｂ能 １ ０６
摘 要 ：研 究 了Ｋ 一 ５ 、Ｋ 一 ９ 、Ｗ 一 ０ Ｇ ３ ５ 种 偶联 剂 改性 白炭 黑对 填 充Ｓ Ｒ Ｈ ５ ０ Ｈ ７ ２ Ｄ ６ 和Ｈ － ０ 等４ Ｂ 胶料 力学 性 能和 热 空 气化性 能的影响 。结果 表 明 ，经过 偶联 剂 改性 的 白炭 黑填 充Ｓ Ｒ Ｂ 胶料 的 力 学 性 能都 有不 同程度 的提 高 ， 当Ｋ － ５ 用量 为４ ｏ９时 ，胶料 的 综合 力 学性 能最好 ，与填 Ｈ５０ ．４
沉淀法白炭黑填充胶的动态性能
图 ２ ６ ℃ｔ１ ０ ａ ８的变化过程与 白炭 黑 Ｊ
比 表 面 积 的 关 系
第 ２期
宇
星． 沉淀法 白炭黑填充胶 的动态性能
表１
５
本 论 文 的 目 的 是 研 究 为 什 么 Ｚ Ｐｅ ｕ ｒｍｉｍ
２０ Ｐ白炭黑的独特形态会致使其能量耗散成分 ０Ｍ 的性 能 与标 准气相 法 白炭黑 （ Ｓ 的不 同 。 ＨＤ ）
胶 的动 态 性 能 差 异 ， 两 个 参 数 （ 用 白炭 黑 用 量 和 Ｃ Ｓ用量 ） 行 了一 些 实 验 设 计 。 为 了 研 究 与 轮 Ｂ 进 胎滚 动 阻力 有关 的粘 弹性 ， 选择 了在 １Ｈ 下 测定 ０ｚ ４ ℃损 耗 因数 （ａ￣ 。 ０ ｔｎ ） 为 了描 述 ４ ℃ｔ ８的 演 变 过 程 ， 用 用 于分 ０ ａ ｎ 采
１０ ２
表 面积 来说 ， ｒｍｕ ０ Ｍ ＺＰｅ ｉｍ ２０ Ｐ具 有 比相应 的 白炭 黑 （ Ｓ１０ Ｍ ） ＺＨＲ ２０ Ｐ 更低 的值 。
Ｚ ｓ ＩＳＰ ｅｉ ｌＭ ／ ｏ￣ ｌ ｌ
… 。… 一
巨 磊０ ０审 源自删 纂８ ０ 譬
赛 ６ ０
／
： 譬 操
图 ３ 用 ＣＡ Ｔ Ｂ试验测得的 白炭黑聚集体尺寸与
这些新的研究结果有助于我们更深刻地解释 潘恩效应［ 表征当应变振 幅下降时储 能模量 （ Ｇ） 的下降和最大损耗模量 （ ） Ｇ” 的出现 ］ 。
比表面积 的关 系
表 ２给出了轮胎胎面胶配方 。为 了将总的聚 合物／ 填充剂接触 面积和 白炭黑 比表面积的变化 考虑进去 ， 已经将 配方中的一些成分进行 了调整。
１ 材料 和方 法
１ １ 材 料 ．
改善白炭黑在胶料中补强作用的方法
人们在不断寻求各种方法以进一步提高白炭
黑等填料的分散，同时提高填料与橡胶之间的相
互作用。直接添加少量的分散剂是一种方便的方 法。一般认为分散剂属于金属皂基混合物。相对 于橡胶大分子，分散剂是小分子，又具有表面活性 剂的双亲结构。因此，分散剂的引入起到了增塑 润滑作用，可以弱化大分子之间的缠结，同时，分
般地说，大部分能够与白炭黑的表面羟基发生化
学反应的易挥发物质均可作为改性剂。 白炭黑的结构改性是在生产过程中对白炭黑 进行分子设计，将亲水性的白炭黑改性成程度不 同的疏水性、两亲性的或带反应活性的白炭黑。 最近几年，国外出现了一种生产方法，叫硅酯水解 法，产品称为ＷＰＨ，所得二氧化硅极细，最大粒径
键；活性羟基与有机大分子链上的氢形成氢键；白 炭黑粒子间的相互作用、白炭黑一聚合物一白炭 黑与白炭黑聚集体间的“桥”链构成了空间网络 结构。其补强的机理可归结为以下两点：一是白
散剂还利于缠结的解除。目前国内文献对分散剂
重要的作用，但必须使其在填充体系中能够均匀 分散，才能达到满意的效果。Ｓｉ６９使用方法主要
包括直接混合法和预处理法两种。直接混合法是 将二氧化硅、生胶与Ｓｉ６９按一定比例均匀混合， 然后再加入其它助剂，以免阻碍偶联剂与聚合物
的合成及其对性能的影响也只作了初步研究，加 之对其组成的不明确，一般将其统称为加工助剂。
的混合物口Ｊ。
并均匀分散在二氧化硅表面进行处理；湿式处理
则是在二氧化硅的制作过程中，用偶联剂处理液
此外，设法在组成胶料的聚合物分子上附加
可以和白炭黑粒子相结合的官能团（胺、酰胺、烷 氧基硅烷、环氧基、羟基等），使白炭黑可以直接
白炭黑的性能对橡胶的性能的影响
白炭黑的性能对橡胶的性能的影响白炭黑由于粒径小而分L面积较大，加之其表面活性较强（表面的-OH 基能与橡胶分子双键发生化学结合生成凝胶），具有很好的补强作用。
白炭黑对橡胶性能的影响如下所述：（1）对混炼的影响白炭黑粒子小，活性较大，具亲水性，因此混炼时不易分散均匀，而且在多量混合时，还容易生成大量凝胶，使胶料硬化，生热多。
所以在混炼时，应将白炭黑分批少量地加入，以减轻生热性，并获得较好的分散效果。
适当提高混炼温度，有助于白炭黑的分散。
因为温度高时能除掉一部分白炭黑表面吸附的水分，降低了粒子间的凝集力（吸附的水分和白炭黑表面上的-OH基之间形成氢键，使粒子间凝集子增加），而使分散性提高。
（2）对胶料门尼粘度的影响胶料门尼粘度随着白炭黑填充量的增加而提高。
胶料门尼粘度提高的原因，是由于白炭黑与雄胶结合生成了凝胶，阻确了橡胶分子及其链段活动性的结果。
由于胶料门尼粘度增大，使粘着性锐减，故在实际应用中，需多加软化剂。
（3）对胶料硫化的影响白炭黑对硫化作用的影响主要视其比表面积的pH值而定。
白炭黑粒子较小，比表面积较大，其表面上的-OH基对促进剂有较强的吸附作用，因此有明显的迟延硫化作用。
所以在填充白炭黑的胶料中促进剂的用量应适当提高。
为减弱白炭黑对促进剂等的吸附，可加入能与-OH 基优先产生吸附的物质，如二甘醇、三乙醇胺、聚乙烯醇等。
白炭黑表面呈酸性时，酸性本身也有迟延硫化作用。
（4）对硫化胶性能的影响白炭黑对硫化胶的补强效能随其粒子大小和表面所含-OH基的数量和性质而定。
粒子越小，补强效果越大，在粒子大小一定时，表面含结合-OH基多，补强作用也越好。
含有白炭黑的硫化胶具有较高的拉伸强度和撕裂强度，生热少，耐热性和电绝缘性好，但永久变形较大。
白炭黑对各种橡胶都有十分显著的补强效果，尤其对硅橡胶补强使用更佳。
在硅橡胶中加人气相法白炭黑后，可使其拉伸强度提高约十倍。
近年来，将白炭黑用于胎面代替部分炭黑（加入5~10份沉淀法白炭黑代替部分炭黑）能改善NR/SBR、NR/BR并用载重胎面的撕裂强度，减少崩花、掉块。
白炭黑补强ESBR混炼胶中网络结构的研究
结合胶 质 量分 数 （ 按下 式计 算 ： ）
（ 一 ）
（ ｌ一 ２ ）
计 划 资 助 项 目（０ ４ ４ ２０ Ａ１ ） 作 者 简 介 ： 军 （９ ９ ）男 ， 杨 １ ７一 ， 湖北 广 水人 ， 京 化 工 大 学 在 读 北
一
一
０
常 规工 艺在 开炼 机 上混 炼 ， 到 混炼胶 。 得
２ 试样 ： Ｓ Ｒ（ ０ 将 Ｂ １０份 ） 白炭 黑 （ ０份 ） 、 ５ 和
络 还应该 包括 结 合胶 和包 容 胶 ， 中填 料 网 络 是 其
整 个 网络 结 构 的骨 架 ， 动 态 模 量 的决 定 因素 。 是 对 于 网络 结 构 的微 观 形 态 ， 内外 进 行 了大 量 研 国
摘 要 ： 验 研 究 白 炭 黑补 强 乳 聚 丁苯 橡 胶 （ Ｓ 试 Ｅ ＢＲ） 炼 胶 中 的 网络 结 构 及 网络 结 构 对 胶 料 门 尼 粘 度 和 动 态 粘 弹 性 混 的影响。结果表明 ， 白炭黑补强 Ｅ Ｂ 在 Ｓ Ｒ胶 料 中加 入 偶 联 剂 Ｓ６ ｉ９并进 行 热 处 理 可 显 著 提 高胶 料 中 的 结 合 胶 含 量 及 网 络 结 构 的 稳 定 性 ， 络 结 构 受 停 放 时 间 和 温 度 的影 响较 小 。 与 未 加 偶联 剂 Ｓ６ 网 ｉ９或 加 入 偶联 剂 Ｓ６ 但 未进 行 热 处 理 的 ｉ９ 胶 料 相 比 ， 入 偶 联 剂 Ｓ６ 加 ｉ９并 进 行 热 处 理 的 胶料 中 网络 结 点 主 要 由 柔 性 的 橡 胶 组 成 ， 络 承 受 变 形 能 力较 强 ； 料 的 网 胶 门尼 粘 度 和 动 态 模 量 较 小 ， 动 态模 量 对 应 变 （） 且 ￡ 变化 不 敏 感 ； 较 小 时 动态 损 耗 较 大 ， 较 大 时动 态 损 耗 较 小 。 ￡ ￡ 关键 词 ： Ｓ Ｒ； Ｅ Ｂ 白炭 黑 ； 硅烷 偶 联 剂 ； 络结 构 网
白炭黑炭黑填量对轮胎胎面胶性能影响的实验研究
作者简介：刘艮春（1972-），男，江苏盐城人，硕士，主要从事工业车辆实心轮胎的研发工作。
收稿日期：2020-10-07随着我国经济社会的高速发展，机动车的保有量不断增加，据公安部统计，截至2020年6月，全国机动车保有量达3.6亿辆，其中汽车2.7亿辆[1]，与此同时，人们的环保意识日益提高，对轮胎提出了更高的要求，轮胎正向着绿色环保节能的方向发展。
炭黑的主要成分是碳元素，是碳氢化合物在受控条件下不完全燃烧或分解得到的，是轮胎工业中常用的补强剂之一，可有效提高胶料的强度、耐磨性等性能。
白炭黑是白色粉末状的水合二氧化硅，其分子式为SiO 2•nH 2O ，属于无机补强剂。
与传统的炭黑补强剂相比，白炭黑的生产不以化石资源作为主要原料，同时使用白炭黑作为补强体系的胶料具有较低的滞后损失。
另一方面，当白炭黑的填充份数过多时，胶料的黏度会有较大升高，影响胶料的加工工艺性。
所以，本文将白炭黑与炭黑并用作为复合补强体系，研究二者的配比对轮胎胎面胶性能的影响。
1 实验1.1 实验材料与主要设备天然橡胶NR ，牌号STR20，泰国产品；顺丁橡胶BR ，牌号BR9000，中国石油独山子石化分公司产品；炭黑，牌号N375，卡博特 (中国) 有限公司产品；白炭黑，牌号Z1115 MP ，罗地亚（青岛）白炭黑有限公司产品；硅烷偶联剂，牌号Si69，南京曙光化工集团有限公司产品；其他材料均为常见市售产品。
密炼机，型号X (S )M -500，上海科创橡塑机械设备有限公司；开炼机，型号X(S)K -160，上海橡胶机白炭黑/炭黑填量对轮胎胎面胶性能影响的实验研究刘艮春，王恒宜，陈荣华(江苏托普轮胎股份有限公司，江苏 盐城 224400)摘要：研究了不同白炭黑/炭黑的填量配比对轮胎胎面胶性能的影响。
实验结果表明，随着胶料中白炭黑/炭黑配比的提高，胶料的焦烧时间及硫化时间延长，硬度、100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度降低，而断裂伸长率提高；同时，胶料的抗湿滑性能及滚动阻力呈降低趋势。
炭黑与白炭黑补强溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶胎面胶性能的对比研究
采 用北 京万 汇一方 科技 发展 有限公 司生 产 的 ＲＲ — 型橡 胶功率 损耗 试验 机进 行 测 试 ， ＳＩ Ｉ 载荷 为 ３ ｇ 转 速 为 １２ ０ ｒ・ｍｉ＿ ， 试 时 间 为 ９ ０ｋ ， ０ ｎ 。测 ０
ｍｉ ｎ。
ＳＢ Ｓ Ｒ和 Ｅ Ｂ 生 胶 的剪 切 储 能 模 量 （ 一 ＳＲ Ｇ）
２ 结 果 与 讨 论
实验 厂生产 的 Ｐ ５ ５Ｂ ３ ５ ２型 硫化 仪测 得 ｔ 。混 炼 。 。
胶 在 平板硫 化机 上硫化 ， 化条 件为 １ ０℃ Ｘｔ 。 硫 ５ 。 。
１ ４ 性 能 测 试 ． １ ４ １ 滚 动 阻 力 ．．
２ １ 生胶加 工性 能 ．
ＳＢ Ｓ Ｒ和 Ｅ Ｂ Ｓ Ｒ生 胶 的门尼 粘度 ［ ＭＬ（ ＋４ １ ） １ ０℃］ 别 为 ５ ０ 分 ４和 ５ ， Ｓ Ｒ 生 胶 的 门尼 粘度 １Ｓ Ｂ
在热 辊开炼 机 上进 行 热 处 理 ［ １ ５ １ ０ （ ４ ～ ５ ）℃ Ｘ７
ＶＡ Ｏ ０型 动态 力 学 分 析 仪 （ ３Ｏ ＤＭＡ） 硫 化 胶 进 对 行 温度 扫描 ， 测试 条件 为 ： 伸模式 或薄 膜双剪 切 拉
ｍｉｉ 而后 在 开 炼 机 上 依 次 加 人 其 他 配合 剂 ， ｎ， 混
次 ・ ｎ ， 割时 间为 ２ ｎ ｍｉ～ 切 ０ｍｉ。
１ ４ ５ 动 态 力 学 性 能 ．．
从 图 １可 以 看 出 ， Ｓ Ｒ生 胶 的 Ｇ 大 于 Ｅ — ＳＢ Ｓ
Ｂ Ｒ生 胶 ， 主要 是 由于 Ｓ Ｂ 为 部 分偶 联 型 ， 这 ＳＲ 偶 联度 为 ４ ， 到 了类 似交 联 点 的作 用 。加 工过 Ｏ 起
EPDM胶料的性能研究__白炭黑补强EPDM胶料
胶料的硫化温度均为 160 e 。 113 白炭黑的表面处理
白炭黑的表面改性处理分为现场改性处理 和预处理改性, 方法如下。
( 1) 白炭黑的现场改性处理 直接将偶联剂加入胶料中, 在混炼中偶联 剂才开始与白炭黑表面相接触, 进行改性。具 体分为 A 和 B 两种方法: A) 在开炼机上, 先加 入偶联剂混炼均匀 后, 再加入 白炭黑, 混炼均 匀, 混炼温度为 30~ 50 e ; B) 先按 A 方法进行 混炼, 然后将此胶料在 160 e 的双辊开炼机上 高温返炼 5 min, 下 片冷却后 再加入其 它配合 剂。
中, 使用 H-i Sil 255 补强的效果 最好, TS3 透明 白炭黑次之, 蓟县白炭黑最差。这表明, 白炭黑
品种对补强橡胶的最终性能有决定性的影响。 目前, 国内白炭黑在品质( 粒度、结构性、表
Si747原位改性单分散白炭黑补强天然橡胶的性能研究
Ｓｉ７４７ 原位改性单分散白炭黑补 强天然橡胶的性能研究∗
夏立建 １ ꎬ 何 洋 ２ ꎬ 阚 泽 １∗∗
(１. 青岛科技大学高分子科学与工程学院ꎬ 山东省教育厅生物基高分子材料重点实验室ꎬ 山东青岛 ２６６０４２ꎻ ２. 公牛集团股份有限公司研究院ꎬ 浙江慈溪 ３１５３１８)
摘要: 采用 Ｓｉ７４７ 在液相体系中对自制单分散白炭黑表面进行改性ꎬ 利用乳液共混技术制备了天然橡 胶 ( ＮＲ) 复合材料ꎬ 并通过橡胶加工分析、 动态力学分析、 透射电镜等测试手段对复合材料的结构与性能 进行表征ꎮ 结果表明ꎬ 与未改性白炭黑相比ꎬ 改性单分散白炭黑所得胶料的焦烧时间和工艺正硫化时间均 缩短ꎬ 促进了橡胶的硫化ꎻ 改性单分散白炭黑 / ＮＲ 硫化胶的拉伸、 撕裂强度增大ꎬ 回弹性和耐磨性增加ꎬ 压缩生热降低ꎻ 改性前后ꎬ 大粒径白炭黑复合材料 Ｐａｙｎｅ 效应均较低ꎻ 改性小粒径白炭黑抗湿滑性不如改 性大粒径白炭黑 / ＮＲ 硫化胶ꎬ 但滚动阻力表现更优ꎮ
白炭黑是橡胶领域中用量和补强效果仅次于 炭黑的一种填充补强剂ꎮ 随着全球能源危机以及 人们对环保的重视ꎬ 绿色轮胎的研究及开发成为 了轮胎行业关注的焦点 [１ －２] ꎮ 然而ꎬ 白炭黑比 表面积大ꎬ 且表面存在大量羟基ꎬ 粒子间易团 聚ꎬ 削弱了填料 － 橡胶的相互作用以及其在橡胶 基体中的分散ꎬ 最终影响产品的应用性能 [２ －３] ꎮ 另外ꎬ 随着大量的白炭黑添加进橡胶基体ꎬ 黏度 迅速上 升ꎬ 造 成 加 工 困 难ꎬ 甚 至 损 坏 机 器 [１] ꎮ 为克服以上问题ꎬ 首先可采用不同硅烷偶联剂来 屏蔽或 减 少 白 炭 黑 表 面 羟 基ꎬ 以 改 善 补 强 效 果 [４ －５] ꎮ 其次ꎬ 乳液复合技术能提高白炭黑在 橡胶基体中的分散性ꎬ 同时能避免粉尘飞扬ꎬ 降 低能耗ꎬ 对加工机械伤害更小 [２] ꎮ 最常用的硅 烷偶联剂为双 － ( γ － 三乙氧基硅基丙基) 四硫 化物( Ｓｉ６９ ) [４ － ５] ꎮ 由 于 Ｓｉ６９ 的 结 构 当 中 含 有 ４ 个硫原子ꎬ 在胶料加工过程中容易出现焦烧ꎬ 且 其存在储存安全性差等问题 [６] ꎮ 所以对新型硅 烷偶联 剂 的 需 求 逐 步 提 升ꎬ 如 含 硫 少 的 Ｓｉ７５ꎬ Ｓｉ７４７ [７] 或者对硫有屏蔽作用的 ＮＸＴ [８] 硅烷偶联 剂引起人们极大的兴趣ꎮ
白炭黑在橡胶工业中的应用
研究表明， 克服轮胎滚动阻力消耗的燃油占汽车 总油耗的’ 而仅由胎面产生的滚动阻力就 ! ( ! )， 占轮胎滚动阻力的 ! * )。在胎面胶中采用表面
白炭黑白度高， 粒子细， 使用透明白炭黑制得 的硫化胶透明度高， 而且可提高胶料的综合物理 性能， 因此白炭黑作为主要的补强填充剂广泛应
表! 气相法白炭黑的技术性能
［ ］ ! 。 料
! 白炭黑的分类 ! " ! 沉淀法白炭黑 沉淀法白炭黑又称水合二氧化硅， 其二氧化 硅质量分数为 " ， 白度约为 $ 平均 1 ( .!" 1 $ 2 2 3，
7 ! 比表面积/ ・ 粒径! !!! " "4 5， 2!# ( "5 6 ， # 7 ! ・ 8 * 9吸收值 ! 1 0 "!1 / ": 5 $ " 3 的白炭 6 。 黑是沉淀法产品， 因气相法白炭黑价格昂贵， 橡胶
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! ’ % # ! , ( ! 2 # ! # , ( % ! % ( % # , # % # ’ % " # ( # # #, " # ( # # #’ 微量
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［ ］ ! 用 。经气相法白炭黑补强的硅橡胶物理性能
滚动阻力可 改性后的白炭黑替代炭黑 + " " # 后，
［ ］ 下降, 国外轮胎生产厂家多在 # )左右 - 。因此，
胎面胶中并用高分散性白炭黑， 以有效改善轮胎 性能。目前， 白炭黑正越来越多地在轿车轮胎胎 面胶中替代炭黑。其优异性能使其也成为现代冬 用和全天候轮胎的优选补强剂。 除此以外， 白炭黑还用于其它几乎所有的轮 胎部件中。如加入 . 改善胶 / / 0 气密层胶料中， 料的透气性和透水性； 用于轮胎胎体和带束层中， 改善胶料与钢丝帘线的粘合力 （例如间 甲 白粘 1 1 合体系） ； 在轮胎胎侧胶中用白炭黑部分替代炭黑 可大幅度提高胶料的耐久性能， 改善耐屈挠和抗 冲击性能， 提高耐臭氧老化性能； 用于载重轮胎的 胎圈包布中可提高胶料的尺寸稳定性， 并提高其 耐切割性和耐撕裂性。沉淀法白炭黑还可使轮胎 获得很高的雪路面牵引性。 白炭黑 在 轮 胎 中 应 用 的 典 型 配 方 见 表 ,! %
促进剂TBzTD对白炭黑补强天然橡胶
第 7 期谢诚坚等．促进剂TBzTD对白炭黑补强天然橡胶/溶聚丁苯橡胶并用胶性能的影响415促进剂TBzTD对白炭黑补强天然橡胶/溶聚丁苯橡胶并用胶性能的影响谢诚坚，高 超，熊 能，王 超，刘 辉，董兴旺，王丹灵（中策橡胶集团股份有限公司，浙江杭州310018）摘要：研究促进剂TBzTD对白炭黑补强天然橡胶（NR）/溶聚丁苯橡胶（SSBR）并用胶性能的影响。
结果表明：在白炭黑补强NR/SSBR并用体系中，随着促进剂TBzTD用量的增大，胶料的门尼焦烧时间缩短，硫化速率增大，硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度增大，拉断伸长率减小，撕裂强度先增大后减小，耐磨性能和抗湿滑性能提高，滚动阻力降低；促进剂TBzTD用量为0.5份时，胶料的耐老化性能最佳。
关键词：促进剂；白炭黑；天然橡胶；溶聚丁苯橡胶；耐磨性能；动态力学性能；滚动阻力中图分类号：TQ330.38＋5 文章编号：1006-8171（2023）07-0415-03文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2023.07.0415自2012年欧盟实施标签法规以来，消费者越来越重视轮胎的滚动阻力和抗湿滑性能。
轮胎配方工程师采用诸多方法改善胶料的滞后损失，如采用溶聚丁苯橡胶（SSBR）、白炭黑、树脂、硅烷偶联剂、分散剂等来增大胶料在0 ℃时的损耗因子（tanδ），减小胶料在60 ℃时的tanδ，以期提高轮胎的抗湿滑性能，降低轮胎的滚动阻力[1-7]。
有专利[8]介绍，采用有机硫给予体可以提高胶料的抗硫化返原性，增大胶料模量，减小压缩永久变形，降低压缩温升。
促进剂TBzTD为二硫化四苄基秋兰姆，是一种绿色、安全、环保、高效的硫化促进剂[9-10]。
本工作研究促进剂TBzTD对白炭黑补强天然橡胶（NR）/SSBR并用胶性能的影响。
1 实验1.1 主要原材料NR，SVR3L，越南产品；SSBR，牌号E581，日本旭化成公司产品；炭黑N234，上海卡博特化工有限公司产品；白炭黑，牌号1165MP，索尔维精细化工添加剂（青岛）有限公司产品；偶联剂Si69，浙江金茂橡胶助剂品有限公司产品；硫黄，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品；促进剂TBzTD，江苏连连化学股份有限公司产品；促进剂CBS，科迈化工股份有限公司产品。
白炭黑／硅烷填料体系的化学与橡胶补强性
合 成 白炭黑 根据 其 生产工 艺和特 性有 各 种不 同的种 类 ， 沉 淀 法 白炭 黑 在 橡胶 行 业 应 用 最 为 但 广泛 。沉 淀法 白炭黑 是 采用在硅 酸钠 水溶 液 中添 加酸 的分批 式 沉淀工 艺合 成 的。在这 一沉 淀 工序 中形 成 的是 白炭 黑 一 次粒 子 及其 聚集 结 构 ， 而且 通过 控制 反 应 时 间 、 度 、 Ｈ 等 参 数 ， 比表 面 温 ｐ 其 积 、 构等 白炭 黑 的主要 特性 已经在 该 阶段确 定 。 结 然后 经过 固液 分离 、 洗涤 、 粒状 化或 粉碎等 后 工序
性 等 问题 ， 限定 了未 经硅 烷 处 理 白炭 黑 作 为橡 就
胶 用补 强 填料 的用 途 。
２ 橡 胶 用硅 烷偶 联 剂
２ １ 双 官能 性硅 烷偶 联剂 ．
工分 析仪 ， Ｐ 测 量 的胶 料 中 白炭 黑 Ｃ用 量 与 Ｒ Ａ）
储存 模量 和损 耗 模 量 的关 系。从 图可 以看 出 ， 随 着 白炭 黑用 量 的增 加 ， 恩效 应 增 大 ， 一方 面 ， 佩 另
白炭 黑 比表面 积 对 白炭 黑 网 络 的形 成 也 有很 大
当单 官能 性硅 烷偶联 剂 的烷基 烷氧 基硅 烷 与
白炭 黑偶 联 时 ， 白炭 黑表 面就 会 呈 疏水 性 。从 而
的影响 （ ３ 。随 着 比表 面积 的增 加 ， 集体 间 图 ） 聚
距 缩短 ， 网络增 多 ， 恩效 应增 大 。 佩
量 低 。这 是 由于 白炭黑 网络在 失去 补强 效果 的基 础上 ， 与橡 胶 的相 互 作用 比炭 黑更 弱 的缘 故 。这 种 与炭 黑 相差 悬 殊 的 补强 特 性 、 粘 度 和 硫 化 特 高
分散剂和偶联剂对白炭黑填充硅橡胶性能的影响
ｌ （ ％） ｇｅ ／
１ ５ ２ 物 理 性 能 ．．
２ ； －３ ； ● ｖ ４ ； 一 ５ ◆ ＃。
常规 物理 性 能 均按 照 相 应 国家 标 准 进 行 测 试 。拉 伸性 能测试 采 用 ６ ０ ． ０ｍｍ 宽 裁 刀 制 成 的 哑铃形 试 样 ， 伸 速 率 为 ５ ０ｍｍ ・ｍｉ＿ ； 裂 拉 ０ ｎ 。撕 试 样采用 直 角型裁 刀 。
料 中的分散情 况 。
２ 结 果 与 讨 论 ２ １ ＲＰ 分 析 ． Ａ
硅 橡胶 硫化特 性 的影响 如表 ２所示 。
从表 ２可 以 看 出 ， 独 采 用 偶 联 剂 ＫＨ一６ 单 ５０ 改性 白炭 黑补 强硅橡 胶 体 系 中 ， 着偶 联 剂 ＫＨ一 随
５ ０用 量 的增 大 ， 橡 胶 的 Ｍ Ｌ和 Ｍ 均 减 小 ， ６ 硅 这 说 明偶 联 剂 ＫＨ一６ ５ ０与 白 炭 黑 表 面 硅 羟 基 发 生 水
作者 简 介 ： 彬 （ ９ ６ ） 女 ， 南 常 德 人 ， 南 理 工 大 学 在 李 １８ 一 ， 湖 华 读 硕 士研 究生 ， 要 从 事 高 分 子 合 成 与 改 性 研 究 。 主
４６ １
橡
胶
工
业
２１ 年第 ５ ０１ ８卷
子株式 会 社 产 品 ； Ｐ ０ ０型 橡 胶 加 工 分 析 仪 Ｒ Ａ２ ０
硅 橡 胶分 子 问 的 作 用力 较 小 ， 胶 硫 化 后 物 生
理 性 能较 差 ， 因而 通 常采 用 白炭 黑 作 为 补 强 填 料 以提 高其 物理 性 能 。但 白炭黑 表面 含有 大量 的硅 羟基 而表 现 出很 强 的 亲水 性 ， 与 聚 合 物 的 界 面 其 结 合力 较 差 ， 因此需 要 对其 进行 表 面改 性 。
白炭黑填充天然橡胶母炼胶
摘要：混炼传统的白炭黑填充胶料需要长的混炼周期，而配合预硅烷化白炭黑和母炼胶的胶料需要非常短的混炼周期。
极性较高的加工助剂Ultra-DFR 90特别适用于配合母炼胶的胶料，所需的混炼时间非常短。
总之，以非常短混炼周期混炼配合母炼胶的胶料其性能与用长混炼周期混炼的传统胶料的性能相当，且具有生产周期短、胶料加工性能好等优点。
因此，与传统的白炭黑/硅烷体系相比，天然橡胶-白炭黑母炼胶是一种较好的替代材料。
关键词：白炭黑填充天然橡胶；母炼胶；加工助剂；混炼工艺；性能1 前言天然橡胶（NR）的弹性和力学性能好于合成橡胶。
填充剂是胶料配方的重要组成部分。
与炭黑填充胶相比，白炭黑-硅烷偶联剂填充胶具有更好的拉伸强度和撕裂强度、较高的耐磨性、较低的滚动阻力和滞后损失，同时还可以提高冬季轮胎的湿路面牵引力。
与天然橡胶相比，白炭黑具有较强的极性，它可以通过氢键形成较强的填充剂网络。
需要添加硅烷偶联剂来打破这些填充剂网络并使白炭黑与橡胶产生交联，使填充胶具有最佳的补强效率。
按照传统混炼工艺，若希望白炭黑表面具有良好的疏水性，且可以控制胶料的热负荷，则需将橡胶、白炭黑和硅烷偶联剂分别加入混炼机，还需进行二段辅助混炼。
这种混炼工艺不仅费时费力，而且在硅烷化反应中还会产生副产物乙醇，降低混炼效率，阻碍了硅烷在胶料中与白炭黑偶联，若大量排放副产物乙醇还会存在其他问题。
对于干混炼法来说，最好的替代材料是预硅烷化白炭黑和在母炼胶中的预硅烷化白炭黑。
若选用这两种替代材料，则不再需要二段混炼，也不会存在乙醇的排放问题。
从混炼工艺方面来看，添加加工助剂可以解决由于粘稠性材料导致白炭黑填充胶料从较好弹性变成较高硬度带来的问题，有利于混炼过程的进行。
为了确定上述替代配方相较于传统配方是否更好，我们必须更加深入了解混炼时间和加工助剂对天然橡胶-白炭黑胶料性能的影响。
本研究旨在节省天然橡胶-白炭黑胶料在制备过程中所需的时间和成本。
2 实验采用预硅烷化白炭黑和天然橡胶-白炭黑母炼胶可以缩短混炼时间。
【优质】橡胶实验报告word版本 (12页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==橡胶实验报告篇一：橡胶实验报告材料科学与工程专业《橡胶课程设计报告》课程题目白炭黑对天然橡胶性能影响的研究学生班级 09材化生实验班学生姓名吴雪飞学号指导老师实验时间白炭黑对天然橡胶性能影响的研究引言：白炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。
白炭黑是目前在橡胶工业中性能最好，用量较大的补强剂。
实验证明，白炭黑作为补强剂可对天然橡胶硫化胶产生很大影响。
在本文里，我们采用白炭黑作为补强剂对天然橡胶作补强，并将不同含量补强天然橡胶的性能进行对比，以研究不同含量白炭黑对于天然橡胶性能的影响。
关键词：白炭黑，天然橡胶，性能一、天然橡胶简介天然橡胶具有许多可贵的性能，在合成橡胶大量出现之前，天然橡胶是橡胶工业及其制品的万能原料，有“褐色黄金”之称。
简单地讲，天然橡胶实际上是天然胶乳浓缩凝固而形成的，其中，橡胶烃的化学结构主要是顺式1,4-聚异戊二烯（约占98％），其分子结构如下：（一）天然橡胶的基本特性1、物理特性1）天然橡胶无一定熔点，加热后慢慢软化，到130-140℃时完全软化以至呈熔融状态；到200℃左右开始分解，到270℃则急剧分解。
2）天然橡胶的玻璃化温度为-74～-69℃，在常温下稍带塑性，温度降低则逐渐变硬，0℃时弹性大幅度下降，冷到-70℃左右则变成脆性物质。
受冷冻的生胶若再加热到室温，则仍可恢复原状。
3(来自: 在点网)）天然橡胶具有很好的弹性，弹性模量为2~4MPa，约为钢铁的1/30000。
弹性伸长率最高可达1000％，回弹率在0~100℃范围内可达70~85％。
4）天然橡胶是一种结晶性橡胶，自补强性大，具有非常好的机械强度，纯胶硫化胶的拉伸强度为17~25 MPa，而经炭黑补强的硫化胶则可高达25~35 MPa。
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白炭黑／偶联剂补强橡胶的性能研究
发表日期：2005-08-04 10:28:42
肖建斌，刘锦春，张峰，王波
1．青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042；
2．青岛橡六集团有限公司，山东青岛 266043
沉淀法白炭黑作为白色补强填充剂在橡胶工业中应用已有很长时间，它可改善胶料的抗崩花掉块性能，提高橡胶材料与织物和钢丝帘布的粘合性能。
与具有相同硬度和耐磨性的炭黑填充胶相比，填充白炭黑可提高胎面胶的抗裂口增长性和撕裂强度，但白炭黑不能完全替代炭黑，其主要原因是填充胶的硫化特性和加工性能不佳，且硫化胶的物理性能较低，这是由于其较弱的聚合物一填料相互作用和较强的填料一填料相互作用所致，二者都与白炭黑的化学性质和表面物理化学性质有关。
白炭黑填充胶的门尼粘度大于炭黑填充胶，这通常是与填料在聚合物母体中的絮凝程度有关。
将白炭黑填料网络化程度降至最低，以获得较好的加工性能和物理性能，从热力学观点出发可考虑采取以下两条途径：①改变聚合物体系，以提高白炭黑与聚合物的亲和力；②对白炭黑表面改性，以提高与给定聚合物的相容性。
加入偶联剂可作为进一步增强聚合物与白炭黑之间相结合的手段，同时可改善白炭黑填充胶的加工性能。
因此研究白炭黑和偶联剂用量与胶料性能之间的关系对扩大白炭黑在橡胶行业中的应用领域具有重要的现实意义。
1 实验
1．1 原材料
NR，1 标准胶，海南农垦橡胶公司产品；高耐磨炭黑N330，青岛德固萨化学有限公司产品；白炭黑，牌号ZEOSIL 155，罗地亚白炭黑青岛有限公司产品；钛酸酯偶联剂(牌号NDZ-101)和多硫硅烷偶联剂Si69，南京曙光化工总厂产品；其它配合剂均为工业级产品。
1．2 仪器与设备
AI-7000S型电子拉力机、GT—M2000-A型硫化仪和GT-7012-D型DIN磨耗机，(台湾)高铁检测仪器有限公司产品；EK-2000M 型门尼粘度计，台湾优肯科技股份有限公司产品；YS-25型压缩疲劳试验机，上海化工机械四厂产品。
1．3 性能测试
各项性能均按相应的国家标准进行测试。
2 结果与讨论
2.1 偶联剂改性白炭黑对NR／BR胶料性能的影响
从表1可以看出，与1#配方胶料相比，2#配方胶料的门尼粘度明显增大，300 定伸应力和拉伸强
度减小；3#配方胶料的物理性能较2#配方虽有所改善，但补强效果不显著；4#配方胶料的物理性能均接近或稍优于1#配方胶料，尤其是硫化胶的撕裂强度提高，压缩生热下降，这对研究低滚动阻力轮胎胶料具有重要的意义。
对比3#和4#配方胶料可见，硅烷偶联剂Si69改性白炭黑的综合效果优于钛酸酯偶联剂NDZ-101，这是由于硅烷偶联剂是与橡胶大分子发生反应，而钛酸酯偶联剂是与橡胶分子链发生缠绕，在外力作用下能自由伸缩，因此硅烷偶联剂的补强效果优于钛酸酯偶联剂。
2.2 炭黑N330／白炭黑／硅烷偶联剂Si69并用对NR胶料性能的影响
以白炭黑／炭黑N330并用比和硅烷偶联剂Si69作为两个配方因子，分别研究它们与胶料各项性能指标之间的关系。
第一变量因子X 取-1，0和1水平，分别代表炭黑N330／白炭黑并用比50／0，25／25和0／50；第二变量因子X2取-1，0和1水平，分别代表硅烷偶联剂Si69用量0，2．5和5份。
试验安排及配方设计如表2所示，胶料性能的试验结果如表3所示。
从表3中的1～3号配方可以看出，在未填充白炭黑的NR胶料中，加入硅烷偶联剂Si69对NR硫化胶的物理性能影响不大，但明显地延长了胶料的焦烧时间和正硫化时间；从4～9号配方可以看出，在填充白炭黑的NR胶料中，随着硅烷偶联剂Si69用量的增大，NR硫化胶的定伸应力、拉伸强度和撕裂强度均增大，耐磨性提高，压缩疲劳温升下降。
对比1,4 和7号配方可见，随着白炭黑用量的增大，NR胶料的加工性能和物理性能均呈劣化趋势；对比2，5和8号配方可见，当硅烷偶联剂Si69用量为补强剂用量的5 时，随着白炭黑用量的增大，NR胶料的加工性能和物理性能均略有下降，但分别较1，4和7号配方胶料有所改善；对比3，6和9号配方可见，当硅烷偶联剂Si69用量为补强剂用量的10 时，随着白炭黑用量的增大，NR胶料的加工性能有所下降，但主要物理性能均有所提高，尤其是撕裂强度增大，压缩疲劳温升降低。
2．3 炭黑N330／白炭黑并用比和硅烷偶联剂
Si69用量与NR胶料性能的回归方程式大量的配方实践表明，胶料的各项性能和配方因子之间呈高度相关性，该相关性通常采用多项式回归模型描述：
3 结论(1)在炭黑N330／白炭黑填充NR／BR胶料中加入偶联剂，能够改善胶料的物理性能，其中硅烷偶联剂Si69对白炭黑的改性效果优于钛酸酯偶联剂。
(2)在炭黑N330／白炭黑填充NR胶料中加入硅烷偶联剂Si69，可明显提高胶料的撕裂强度，降低胶料的压缩生热；硅烷偶联剂Si69在NR 胶料中的用量以补强剂用量的5 ～10 为宜。
(3)建立的数学模型能较好地描述白炭黑／硅烷偶联剂Si69补强NR胶料的各项性能，为预测胶料性能及优化配方提供了理论依据。