不同粒径和结构度炭黑填充集成橡胶的性能研究
炭黑聚集体填充橡胶的力学性能分析
146
橡 胶 工 业
2018年第65卷
炭黑聚集体填充橡胶的力学性能分析
孙熙林1，王 伟1，2*
（1. 青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东 青岛 266042；2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重 点实验室，辽宁 大连 116024）
摘要：采用Digimat软件建立5种不同炭黑聚集形态的多颗粒炭黑聚集体随机分布的三维代表体积单元（RVE）模型， 研究橡胶形变、应力集中和炭黑聚集体形态对橡胶复合材料力学性能的影响。结果表明：RVE模型预测结果与试验数据 吻合较好；在单轴拉伸的变形场下，炭黑聚集体形变较小，应力集中点主要位于炭黑聚集体与炭黑聚集体相接近的区域；当 炭 黑 体 积 分 数 较 小 且 颗 粒 处 于 相 对 理 想 分 散 状 态 下 ，采 用 接 近 三 棱 柱 或 二 十 面 体 形 状 的 聚 集 体 模 型 描 述 炭 黑 聚 集 体 形 态更能真实反映填充橡胶的力学行为。
˄a˅༺ᳫᮣዡ
˄b˅ൂᑚ۲ͳ
N300系列炭黑填充溶聚丁苯橡胶性能研究_徐帅锋
门尼粘度及
ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／
门尼松驰
Ｎ３２６ Ｎ３３０ Ｎ３３９ Ｎ３５１ Ｎ３７５
ＭＬ（１＋４）
６２．５ ５４．８ ５７．６ ５２．１ ５９．２
１００℃ 门 尼 松 驰
Ｎ３００系列炭黑的粒径通常在 ２６～３０ｎｍ，具 有 高 耐 磨 性 和 低 生 热 性 ，广 泛 用 于 轮 胎 胎 面 胶 中 。 本工作对比了 ５ 种 Ｎ３００ 炭黑在 ＳＳＢＲ 中的应用 性 能 ，以 期 能 为 后 续 研 究 提 供 支 持 。
１ 实 验
１．１ 原 材 料 溶聚丁苯 橡 胶，ＳＳＢＲ２５５７，中 国 石 油 新 疆 独
α
－０．６６９２－０．６５３９－０．６４５９－０．６６２８ －０．６３２０
ｋ
１４．７６ １７．８８ １７．６３ １６．０７ １７．６３
Ａ
１９２．８３ ２１３．０８ ２１２．１９ １８９．５０ ２５４．８３
表 ３ ５ 种 炭 黑 混 炼 胶 硫 化 特 性
硫化特性
ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ ＳＳＢＲ／ Ｎ３２６ Ｎ３３０ Ｎ３３９ Ｎ３５１ Ｎ３７５
在开炼机上加 入 ＳＳＢＲ，至 表 面 光 滑 后，依 次 加入氧化 锌、硬 脂 酸、防 老 剂 ＲＤ，促 进 剂 ＴＢＢＳ 和 炭 黑 ，最 后 加 入 硫 黄 ，薄 通 ６ 次 ，下 片 ，备 用 。 使 用硫化仪测试１６０ ℃下的正硫化时间ｔ９０，使 用 平 板硫化机硫化试样，硫化条件为１６０ ℃×ｔ９０。 １．４ 性 能 测 试
第 ３４ 卷 第 ２ 期 ２０１３ 年 ４ 月
不同粒径炭黑填充天然橡胶黏超弹性能表征及其减振特性
不同粒径炭黑填充天然橡胶黏超弹性能表征及其减振特性炭黑填充天然橡胶制品广泛应用于减振器材料,其弹性很大程度上依赖于粒子填充的补强效应,表征其黏弹特性和力学行为、进而预测其制品性能可以指导更好制备高性能材料和成型优异制品。
本文制备了不同粒径炭黑填充天然橡胶,表征了其混炼胶的加工特性及硫化胶的静态和动态机械特性。
采用ABAQUS软件考虑橡胶黏弹和超弹特性的本构模型分析了双剪切试样和减振器的力学响应。
具体研究内容和结果如下:(1)应用橡胶加工流变分析仪(RPA)研究了两种粒径炭黑(N550/N774)并用填充天然橡胶的混炼胶在硫化过程中黏弹性随填充比、硫化剂(S)与促进剂(CZ)含量的变化。
结果表明,随着炭黑含量的升高,硫化速度略微延缓,弹性扭矩逐渐增大;在相同填充比下,随着小粒径炭黑N550占比的增加,弹性扭矩略微增大;促进剂和硫化剂比为3:1时弹性扭矩在硫化过程中先升高后趋于平衡,而在CZ/S=1.5:1.5和CZ/S=0.7:2.5比例下硫化过程弹性扭矩先升高后下降,即出现硫化返原现象。
(2)研究了不同粒径炭黑并用填充和不同硫化程度的天然橡胶的单轴、平面和等双轴拉伸力学特性。
利用Yeoh、Mooney—Rivlin、Van der Waals和三阶Ogden超弹性模型对不同粒径炭黑并用填充的硫化橡胶的应力-应变曲线进行拟合,得到相应的模型参数。
其中,Yeoh模型和Van der Waals模型较好地反映材料力学行为。
(3)利用动态机械仪(DMA)进行应变率0.1%到10%的应变扫描,研究了不同粒径配比和含量的炭黑填充天然橡胶硫化胶动态力学特性的影响。
随着炭黑含量的升高,损耗正切峰值和储存模量值随炭黑含量的增加呈现上升趋势,激励应变幅增大时该效果更加显著;相同填充比下,纯N550小粒径炭黑混合大粒径炭黑N774并用填充天然橡胶的储存模量随应变增加而减小,单组份N550的具有较高储能模量和损耗因子。
不同炭黑对溶聚丁苯橡胶性能的影响
补强填充剂应用的历史与橡胶材料的使用几 乎 同 步，固 体 填 充 剂 最 重 要 的 作 用 是 提 高 橡 胶 材 料的强度和加工性能以及降低成本 。 [10-12] 炭黑作 为 主 要 的 补 强 填 充 剂，可 以 有 效 提 高 橡 胶 材 料 的 使用性能。本工作研究不同炭黑对SSBR加工性 能 和 应 用 性 能 的 影 响，以 期 为 实 际 生 产 和 配 方 设 计提供一定的参考。
SSBR 137. 5，炭 黑（变 品 种） 68. 75，氧 化 锌 3，硬 脂 酸 1，硫 黄 1. 75，促 进 剂TBBS 1. 38。 1. 3 主要设备和仪器
BR1600型 密 炼 机，英 国 法 拉 尔 公 司 产 品； XK-160型 开 炼 机，青 岛 鑫 城 一 鸣 橡 胶 机 械 有 限 公 司 产 品；P-50-PCD-3L 400×400型50 t平 板 硫 化机，中国台湾磐石液压工业有限公司产品；GT7080-S2型 门 尼 粘 度 计、GT-M2000-A型 无 转 子 硫 化 仪、GT-7042-RE 型 橡 胶 弹 性 试 验 机、GT7012-D型DIN磨 耗 仪 和GT-7017-EL1型 热 氧 老 化试验箱，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品； RPA2000橡胶加工分析（RPA）仪，美国阿尔法科技 有 限 公 司 产 品；RH2000 型 毛 细 管 流 变 仪，英 国 马 尔文仪器有限公司产品；TH210型邵氏硬度计，营
炭黑填充丁基橡胶动态力学性能研究
作者 简 介 ： 王永 刚 （ ９２ ） 男 ， 士 ， 究 方 向 ： 合 物 加 工 改 １８ － ， 硕 研 聚
性。
结 合橡 胶 以橡胶 变 成结 合胶 的质 量 分数 表示 ，
即：
第３ ７卷第 ｌ ０期
１ ３ 测 试 与 表 征 ．
动态 力学性能 的影响 ， 这对 制备宽 温域 、 温阻 高
尼材料 具有一定 的现实意 义 。
１ 实验 部 分
１ １ 原 材 料 及 基 本 配 方 ．
１３ １ 结合胶 的测定 ．．
丁基 橡胶 （Ｉ ・ ５ ） ＭＬ 。 ℃ ５ ５ Ｉ １ １ ， 为 １± ， Ｒ ７ ５
称取混 炼胶 约 ０ ５ ｇ 。 ， ． （ ） 将它 包 封 于橡
胶 大分 子 能透过 ， 凝胶 不能 透 过 的已知 质量 而
燕 山石 化公 司产 品 ； 溴化对 ． 辛基 酚醛硫 化树 特 脂 （０ ２ １树脂 ） 软 化点 ８ ， ５℃ ～ ５℃ ， ９ 山西 化 工
（ ） ， 的滤纸 中 ， 再浸于 １ ０ｍ ５ Ｌ的四氯化 碳 中 ，
方法 … 。
填充剂是 除橡 胶 本身 外 ， 响胶 料 动态 阻 影
尼特 性 的显 著 因 素 之 一 ， 此 ， 究 填 充 体 因 研 系对 Ｉ Ｉ Ｒ阻 尼 性 能 的 影 响 具 有 重 要 的 指 导 意 义 。炭黑是橡 胶工 业 中最 重要 的补 强性 填 料 。 到 目前 为止 ， 于炭 黑 对 Ｉ 关 Ｉ Ｒ阻 尼性 能 的影 响
度增 大 ， 性模量 升 高 ， 弹 导致 硫化胶 的损 耗 因子 峰值减 小 。
２Ｏ
１ ３ ２ 动 态力学 性能 ．． 采用 德 国耐 驰 公 司 生产 的 Ｄ Ａ一 ２型 动 Ｍ ２ ４ 态力 学 分 析 仪 对 试 样 进 行 测 试 。样 品 尺 寸 为
炭黑粒径对天然胶力学性能及蠕变性能的影响
潘世超1曹大志1梅 璟1吴明生21.江西黑猫炭黑股份有限公司2.青岛科技大学高分子科学与工程学院炭黑粒径对天然胶力学性能及蠕变性能的影响高分子材料的蠕变现象会导致橡胶制品承载、减振或密封效果下降，甚至失效。
研究发现，橡胶应力松弛速率越小，抗蠕变能力越高，故人们经常采用硫化交联的办法减小蠕变，防止分子间滑移造成的不可逆形变。
未填充的纯胶硫化胶具有最好的抗蠕变性能，但各种橡胶减振器一般都有特定的刚度要求，即胶料要有特定的弹性模量。
在纯胶弹性模量不能满足要求时，胶料中需要配合适量补强填充剂以满足产品刚度要求，其中炭黑是最常用的补强填充剂。
本研究选用平均粒径分别为19nm、23nm、29nm、60nm的4种炭黑N115、N220、N330、N660，用高温蠕变应力松弛试验机测试不同炭黑胶料的静态压缩蠕变，考察炭黑粒径对天然橡胶硫化胶蠕变性能的影响。
一、实验部分1.主要原材料SCR5，海南天然橡胶产业集团股份有限公司产品；N115、N220、N330、N660炭黑，江西黑猫炭黑股份有限公司产品，吸碘值中值分别为160mg/g、121 mg/g、82 mg/g、36 mg/g，DBP吸油值中值分别为113ml/100g、114 ml/100g、102 ml/100g、90 ml/ 100g；氧化锌、硬脂酸、NS、防老剂4020、硫黄均为市售工业品。
2.实验配方NR 100，ZnO 5，SA 2，NS 0.6，4020 1，S 1.5，炭黑 50。
3.主要设备和仪器XSM-500橡塑实验密炼机，上海科创橡塑机械有限公司产品；S(X)160A双辊筒炼胶机，上海轻工机械技术研究所产品；GT-M2000-A无转子硫化仪、T-10电子拉力试验机、GT-7049-DH高温蠕变应力松弛试验机，台湾高铁检测仪器有限公司产品；全自动平板硫化机，深圳佳鑫科技有限公司产品。
4.试样制备（1）混炼胶将天然胶在开炼机上塑炼5次→密炼机设转速为77r/min，预热（温度为90℃）→放入塑炼胶混炼1min→加入小料混炼1.5min→加入炭黑混炼3min→排胶→开炼机辊筒预热到50℃加胶包辊1min→加入硫黄混炼3min→左右割刀3次→薄通→下片→停放。
5种炭黑在橡胶中的应用性能研究探讨
54应用技术APPLIED TECHNOLOGY陈新中 刘明燕 李慎勇 赵 刚山东耐斯特炭黑有限公司摘 要：本文利用实验的方法，对比研究了5种新型炭黑在橡胶配方中替代相应炭黑，对胶料性能及加工工艺的影响，为轮胎配方设计提供依据。
关键词：压缩疲劳生热；门尼应力松驰；硫化特性；屈挠裂口增长陈新中（1970-），男，安徽马鞍山人。
山东耐斯特炭黑有限公司技术总监，高级工程师，中国橡胶工业协会炭黑分会专家组成员。
曾就职于中橡（马鞍山）化学工业有限公司、江西黑猫炭黑股份有限公司。
主要从事新产品研发、新技术应用及炭黑在橡胶中的应用研究工作。
作者简介近年来，随着人们环保意识的提高和绿色轮胎宣传力度的加大，市场对安全环保绿色轮胎的需求不断增加。
本文从炭黑原材料的角度研究其对轮胎耐磨性、抗湿滑性能、滚动阻力“魔鬼三角”的影响。
通过比较各品种炭黑对橡胶性能的影响，帮助企业在橡胶配方设计时选用合适的炭黑品种。
一、实验1.原材料与配方（1）主要原材料天然橡胶，SCR WF ，海胶集团金才橡胶加工分公司；促进剂NS 、ZnO 、硫黄、活化剂SA 均为宁波艾克姆新材料有限公司产品；传统炭黑N234和N375、新型炭黑NC8515、NC803、NC805均为山东耐斯特炭黑有限公司产品。
（2）配方基本配方：天然胶 100，硬脂酸 3，氧化锌 5，硫黄 2.5，促进剂 0.6，炭黑 50，变量为炭黑种类。
2.主要仪器与设备TriStar II 氮吸附仪，美国麦克公司生产；BRABENDER ，“C ”吸油计，德国布拉本达公司生产；XSM-500型橡塑实验密炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司生产；DMAQ800型动态力学分析仪，美国TA 公司生产；RPA2000型橡胶加工分析仪，美国阿尔法公司生产。
3.试样制备（1）炭黑样品制备试样在测定前，均需通过850um 筛，先将样品进行混合，再进行样品的缩分。
除去样品中杂质，将样品放置于（125±1）℃的恒温干燥箱中干燥1h ，然后置于干燥器中冷却至室温备用。
炭黑的性能对橡胶的性能的影响
炭黑的性能对橡胶的性能的影响炭黑的化学活性与橡胶性能的关系炭黑的化学活性对补强性能具有重要作用。
实验证明，化学活性大的炭黑，其补强作用大；而化学活性低的炭黑（如石墨化炭黑），其补强作用就非常之小。
这是因为，化学活性大的炭黑，表面上的活性点多，在炼胶与硫化过程中与橡胶分子反应形成的网状结构（结合橡胶）数量多。
而这种炭黑与橡胶形成的网状结构，赋予硫化胶以强度。
因此，炭黑的化学活性是构成补强性能的最基本因素，称为影响炭黑补强性能的第一因素（或强度因素）。
炭黑的化学活性越大，混炼时生成的结合橡胶数量越多，从而使胶料的门尼粘度提高，压出时口型膨胀率和半成品收缩率加大，压出速度减慢。
而硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等越高。
经研究，在炭黑表面的活性点中，含氧官能团对不饱和橡胶的补强作用极微，这也是近代发展炉法炭黑而较少采用槽法炭黑的原因之一。
但含氧官能团对饱和度高的橡胶（如丁基橡胶）的补强功能则有较大作用。
炭黑的粒径与橡胶性能的关系既然炭黑的活性点存在于炭黑的表面上，因此炭黑粒子越小，比表而积就越大，相同质量炭黑的活性点也越多，这就能更好地发挥炭黑对橡胶的化学结合和物理吸附作用，从而提高了补强效应。
所以，炭黑的粒径是影响炭黑补强性能的第二个因素，即广度因素。
炭黑的粒径越小，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、耐磨性、硬度越高，耐屈挠龟裂性越好，回弹性和扯断伸长率减小。
但粒径过小，会因粒子间聚凝力大，易结团，而导致混炼时分散困难，并使可塑性下降，压出性能降低。
炭黑的结构性与橡胶性能的关系炭黑的结构性是影响炭黑补强性能的第三因素，即形状因素。
这是因为，结构性高的炭黑，其聚熔体形态复杂，枝权多，内部空隙大，当与橡胶混合后，形成的吸留橡胶（或称包容橡胶）多。
由于炭黑聚熔体能阻碍被吸留的橡胶分子链变形，因而对硫化胶的定伸应力、硬度等性能的提高有显著作用，从而体现了补强功能。
同时，吸留橡胶的形成，对提高炭黑在混炼时的分散性以及改善压出操作性能等方面也起着显著的作用，即使压出口型膨胀率和半成品收缩率减小，半成品挺性大，且表面光滑。
炭黑粒径和结构对填充胶磨耗的影响
计性 扩 大 ， 同机 械 疲劳 过程 中发生 的情 况一样 。 如 然 而 ， 胶磨 耗机 理 的某些 特 征过 于复杂 ， 橡 目前 人 们 对此 尚不太 清楚 。要进 行 预期磨 耗 性能 的优化 设计 ， 应考 虑 炭 黑粒 径 和结 构 对 填 充胶 耐 磨性 的
１ 前 言
胶表 面 的移 除 ， 一 个 过 程 是橡 胶 在 表 面 区域 内 另 的化 学性质 恶化 —— 它起 始 于 机械 应 力 ， 因大 并 气 中氧的作 用而进 一 步恶 化 。橡 胶化 学性 质 的恶 化归 因于热 效 应 和 氧 化 作 用 。有 人 提 出 ， 糊 污 模 斑 的出现似 乎取决 于橡 胶 的化 学性 质 。橡 胶定 向 磨 耗导 致 了典 型 花纹 形 成 ， 产 生 一 系列 垂 直 于 并 滑动方 向 的平 行 条 纹 。这 些 条 纹 发 生折 叠 ， 护 保 表 面 的下游部 分不 受到 进一 步 的磨损 。人 们经 常 观 察到 ， 耗颗 粒 的尺 寸 呈 双 峰状 。虽然 内在 磨 磨 耗 所形成 的 小颗 粒 要 多 得 多 ， 纹 磨 耗所 形 成 的 花 较 大颗粒 却 占损失 橡 胶 的 绝 大部 分 ， 常在 ９ ％ 通 ０ 以上 。还 有人 提 出 ， 胶 的磨 耗 是 一种 粘 弹性 的 橡
胶 的磨 耗所 发生 的起 因是 两个 截然 不 同的过 程 之 间的竞 争 。一个 过程 是微 粒子 因机 械 破裂 而 从橡
现代橡胶技术
２ １ 年第 ３ ０１ ７卷
一
面积较 大 ， 量 的 灵 敏 度更 高 。为 了更 好地 理 解 测
不同炭黑填充溶聚丁苯橡胶的性能研究
Ｌ ２ ０ １， Ｂ Ｌ １ ０ １， 从 表 ３ 可 以 看 出 ：炭 黑 Ｂ Ｂ Ｌ ３ ０ ２， Ｎ ２ ２ ０和 Ｎ ３ ３ ０ 填充胶料的 ＭＬ 依次减 小 ， 说明 炭 黑 Ｂ 其次是炭黑 Ｌ ２ ０ １ 的 网 络 结 构 最 强， 最弱的是炭黑 Ｎ 交联密度最大的是 Ｂ Ｌ １ ０ １， ３ ３ ０； ／ ／ 炭黑 Ｂ 其次是炭黑 Ｂ Ｌ １ ０ １ Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ 胶 料， Ｌ ２ ０ １ Ｓ Ｓ － ／ 最小的是炭黑 Ｎ Ｂ Ｒ 胶料 ， ３ ３ ０ Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ 胶料 。 分析 填料网络结 构 的 强 弱 和 硫 化 胶 交 联 密 度 的 认为 ， 大小不仅与炭黑 粒 径 大 小 有 关 ， 还与炭黑的结构 度相关 。 ２ ． ４ 物理性能 炭黑结构对硫化胶的硬度和定伸应力均有较 大的影响 。 添加 填 料 后 ， 硫化胶中橡胶大分子的 高结构度炭黑更大程度地降低了 体积分数减小 ， 橡 胶 大 分 子 的 体 积 分 数 。３ ０ ０％ 定 伸 应 力 与 它表征填料与橡 １ ０ ０％ 定伸应力之比为补强因子 ， 胶相互作用的大小 。 不同品种炭黑填充 Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ硫 化胶物理性能的影响如表 ４ 所示 。 从表 ４ 可以 看 出 ， 结构度最大的炭黑 Ｂ Ｌ ３ ０ ２
３ 种结构度较高的 Ｂ Ｌ 系列 从表 ２ 可以看出 ： 炭黑填充 Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ 胶料的门尼粘度和松弛面积较 ／ 大， 加工性能较 差 ； 炭黑 Ｎ ３ ３ ０ Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ 胶料的松弛
２ ２ ０
橡 胶 工 业 ２ ０ １ ４ 年第 ６ １卷
表 ４ 不同品种炭黑填充 Ｓ Ｓ Ｂ Ｒ 硫化胶物理性能的影响
Ｎ ３ ３ ０ ５ ２． ６
－１） （ ·ｋ 吸碘值／ １ ３ ９ ｇ ｇ ５ ３· － ／ （ Ｄ Ｂ Ｐ吸收值× １ ０ ｍ ｋ ｇ １） １ ３ １ 压缩前 １ ０ ３ 压缩后 ２· －１） ／ （ １ ３ ０ Ｓ Ｔ Ｓ Ａ×１ ０－３ ｍ ｋ ｇ
二氧化钛和白炭黑纳米粒子填充天然橡胶复合材料的热性能和机械性能
关 于 纳米粒 子 填 充 聚 合 物 的热 机 械 性 能 ， 已
有大 量 的实验 和理 论研究 文 献 。Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ等人 提 出
胶 料在 实验 室双 辊开 炼机 上混 炼 。首先 将 天 然 橡胶 塑 炼 （ ２ ～３ ） ｍｉ ｎ ， 随后 加 入 助 剂 。采 用 振
硫 化 特性 。复 合 材 料 在 １ ２ ０ ｂ ａ ｒ 、 温度 １ ５ ０ ℃ 条 件 下 由液压 平板 硫化 。热 性能 研究 采用 平行 六 面体 形 的试样 ， 试 样长 度 ４ ４ ｍｍ、 厚 ２ ． ５ ｍｍ； 拉 伸 测 试 则采 用 哑铃形 试样 ， 试 样厚 度 １ ． ５ ｍｍ。
１ ． ３ 形态分 析 和密 度测 量 采用扫描 电子显微镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ； Ｊ Ｅ ＯＬ ６ ４ ０ ０
性 进行评 估 。Ｌ ｅ ｅ等 人 研 究 了马 来 酸 化 聚 乙 烯／ 层 状硅 酸盐 纳米 复 合 材 料 的 热机 械 性 能 ， 他 们 发 现， 热传 导 系数会 随 着硅 酸盐 含量 的增 加而 提高 。
了一 种 随机混 合模 型来 评估 粒子 填充 复合 材料 的
热传 导性 。最 近 ， 采 用 了一 种激 光 闪光 技 术 对 多
壁碳 纳米 管 （ Ｃ Ｎ ＴFra bibliotek ／ 白炭 黑纳 米 复 合 物 的热 传 导
荡 圆 盘硫化 仪 （ Ｍｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｔ ｏ Ｒ 一 １ ０ ０ ） 在 １ ５ Ｏ ℃下 分 析
合材 料 的 热 传 导 性 和 热 扩 散 性 的 影 响 。他 们 发 现， 随Ｃ ＮＴ 浓度 增加 ， 热 传 导 系 数 和扩 散 系 数 随
炭黑补强不同天然橡胶性能研究论文正文
目次摘要 (1)ABSTRACT (1)1 绪论 (1)1.1天然橡胶简介 (1)1.2微观结构对天然橡胶的影响 (2)1.3天然橡胶的补强 (6)1.4课题的提出及主要研究内容 (8)2 天然橡胶的微观结构与特征分析 (8)2.1引言 (8)2.2实验部分 (8)2.3结果与讨论 (10)2.4本章结论 (19)3 炭黑对天然橡胶性能的影响 (20)3.1引言 (20)3.2实验部分 (20)3.3结果与讨论 (21)3.4本章结论 (32)4 结论 (33)4.1本课题主要结论 (33)4.2本文特色 (33)4.3尚待进一步研究的问题 (33)致谢 (35)参考文献 (36)1 绪论1.1 天然橡胶简介天然橡胶是由橡胶树的乳汁制成。
这种树的发现已有二百多年的历史，是野生的，学名巴西橡胶树(Hevea brasiliesis)[1]，故天然橡胶也称巴西橡胶，简称NR。
1876年英国人威克汉自巴西带回巴西橡胶树种子，在英国植物园育成橡胶树苗，先后运往锡兰(今斯里兰卡)、印度尼西亚、新加坡、马来西亚等地试种成功，建起栽培橡胶的胶园，而广为发展。
后来，我国云南、海南、广东等地也大量栽培巴西橡胶树。
其它产胶植物尚有银色橡胶菊(Parthenium argentatum)、杜仲树(Eucommia ulmoides Oliv.)等十余种。
据调查已发现含胶植物有两千余种，但产胶量极少[2]。
视来源不同，天然橡胶可分为野生橡胶、栽培橡胶、橡胶草橡胶和杜仲胶(马来橡胶)[3]。
而若按加工方法区分，天然橡胶又可分为烟片胶、标准胶、颗粒胶和改性天然橡胶等等。
天然橡胶的比重为0.91~0.93左右，能溶于苯、汽油中。
天然橡胶受热时逐渐变软，在130~140℃下软化至熔融状态，200℃左右开始分解，270℃下则剧烈分解。
天然橡胶具有较好的耐低温性能，其玻璃化温度为-70℃~-72℃[4]，在此温度下则呈显脆性。
将天然橡胶缓慢冷却或长时间保存或者将天然橡胶进行拉伸，均可能使橡胶形成部分结晶。
高结构炭黑在不同并用胶内的性能评估
第３ ３ 卷第 ９ 期
朱永康 ． 高结构炭黑在不同并用胶内的性能评估
９
终炼和下片则在直径 ６ ｉ ｎ （ １ ｉ ｎ 二 ２ ５ ． ４ ｍ ｍ ， 下
同） 、 宽１ ３ ｉ ｎ 的双辊开炼机上进行。 胶料的硫化依据 Ａ Ｓ Ｔ Ｍ Ｄ ４ １ ２ 方法 ， 采用尺
寸为 １ ５ ２ ｍ ｍ ｘ １ ５ ２ ｍ ｍ ｘ １ ． ９ ０ ｍ ｍ的镀铬模具，
氧化， 要么来 自特意的表面后处理。这些络合 物是化学吸附的氧基团， 其存在形式为梭基、 酉 昆 基、 内醋基和酚基。另一方面， 补强炭黑不参与 聚合物网络和炭黑内部的任何交联。这一推断 与近来报导的炭黑填充天然橡胶（ Ｎ Ｒ ） 的核磁
共振（ Ｎ Ｍ Ｒ ） 测试的松弛结果特别吻合。该研究
中的松弛结果表明， 在硫化 Ｎ Ｒ的过程中， 与不 活泼的炭黑相 比， 活泼的炭黑会导致交联密度 下降得更多。 文中选取了三种高结构炭黑 ， 力图评估它 们与不同聚合物所形成的并用胶的性能， 从而 识别不同炭黑和聚合物性质对胶料行为的影
NC8515_炭黑在橡胶轮胎中的应用研究
52应用技术APPLIED TECHNOLOGY一、简介NC8515炭黑是一种高结构中等比表面积和粒径的高耐磨炭黑，它能赋予橡胶更好的耐磨性能和较低的生热性，其耐磨性能与N234相当，但其生热性与N351相当，是一种可以取代N234，但性能优于N234的新炭黑品种，主要应用于全钢子午线轮胎和半钢子午线轮胎的胎面和需要高耐磨及低生热的传送带、输送带行业。
本文主要从橡胶基本配方研究NC8515炭黑的性能，并采用半钢子午线轮胎的实验配方进行论证，从而研究此炭黑品种的性能及对橡胶性能的影响。
二、实验部分１.原材料天然橡胶，泰国１#烟片胶；氧化锌，科密欧公司；硬脂酸，中橡炭黑研究院；硫黄粉，山东单县；促进剂DZ ，中橡炭黑研究院；N234炭黑，山东耐斯特炭黑有限公司；N134炭黑，山东耐斯特炭黑有限公司；NC8515炭黑，山东耐斯特炭黑有限公司；N375炭黑，NC8515炭黑在橡胶轮胎中的应用研究陈新中1 陈嘉璇2 蔡 强1 孟巧玲11.山东耐斯特炭黑有限公司 2.山东潍坊学院山东耐斯特炭黑有限公司。
２.实验所需仪器拉力机，上海嘉杰公司；DIN 磨耗机，台湾高铁公司；阿克隆磨耗机，台湾高铁公司；氮吸附比表面积分析仪，美国麦克公司产品；吸油计，德国布拉本特公司产品；压缩吸油机，中橡炭黑研究院产品；万分之一天平，梅特勒-托利多；红外水分测定仪，梅特勒-托利多；着色强度仪：美国HunterAlab 产品；硫化机，上海化机厂；炼胶机：上海化机厂；烘箱，上海化机厂；振荡机，上海化机厂；门尼硫变仪，阿尔法公司；老化箱，台湾高铁公司。
３.实验标准配方及实验条件实验1以橡胶标准配方作为依据，通过对比NC8515、N134、N234、N375炭黑及其混炼胶的拉伸强度、拉断伸长率、100%定伸应力、300%定伸应力和DIN 磨耗数据，分析对比NC8515炭黑与N134、N234及N375炭黑对橡胶性能的影响，来评价NC8515炭黑的优缺点；实验2采用半钢子午线轮胎工业配方，在实验室进行小配合实验，研究NC8515炭黑应用于胎面胶配方中性能。
不同结构白炭黑对绿色轮胎胎面胶性能的影响
106 橡 胶 工 业2019年第66卷不同结构白炭黑对绿色轮胎胎面胶性能的影响王 检，刘 力*（北京化工大学先进弹性体材料研究中心，北京100029）摘要：研究不同结构白炭黑对绿色轮胎胎面胶[溶聚丁苯橡胶（SSBR）/顺丁橡胶（BR）并用胶]性能的影响。
结果表明：白炭黑1165MP的平均粒径最小，补强性能最佳，填充胶的抗湿滑性能最优；白炭黑WL180在SSBR/BR并用胶中分散均匀，填充胶的滚动阻力最低；白炭黑VN3在SSBR/BR并用胶中的分散性最好；白炭黑T383的平均粒径最大，补强性能最差；白炭黑DNS2分散性较差，填充胶的Payne效应最明显。
关键词：白炭黑；溶聚丁苯橡胶；顺丁橡胶；胎面胶；分散性；补强性能；动态力学性能中图分类号：TQ330.38＋3；U463.341＋.6 文章编号：1000-890X（2019）02-0106-05文献标志码：A DOI：10.12136/j.issn.1000-890X.2019.02.0106目前，绿色轮胎的生产技术集中在结构设计、原材料选择及配合、材料成型加工等方面[1]。
补强填料是生产绿色轮胎的重要原材料之一，白炭黑由于同时可改善硫化胶滚动阻力和抗湿滑性能，在绿色轮胎制备中是必不可少的补强剂[2-3]。
绿色轮胎核心技术是高性能胎面胶配方设计，配方主要特点是：生胶体系以溶聚丁苯橡胶（SSBR）为主，补强体系以白炭黑为主，填充量高达50～80份或全部替代炭黑[4]。
这种高填充白炭黑的绿色轮胎胎面胶配方使白炭黑成为绿色轮胎制造的重要原材料，白炭黑的合成与改性成为绿色轮胎的研究重点，各种牌号的白炭黑也层出不穷。
不同白炭黑在结构和化学性质方面存在很大差异，并对硫化胶物理性能和动态力学性能有重要影响[5]。
本工作以绿色轮胎胎面胶[SSBR/顺丁橡胶（BR）并用胶]为基体，填充不同结构和粒径的白炭黑，对胶料硫化特性、物理性能和动态力学性能进行研究。
1 实验1.1 主要原材料SSBR，牌号5025，充油37.5份；钕系BR，牌号CB24，德国朗盛公司产品。
华光炭黑填充丁苯橡胶纳米复合材料的结构与性能
均 提 高 。 当华 光 炭 黑 用 量 为 １ ５份 时 ， 华光炭黑／ Ｓ Ｂ Ｒ 复 合 材 料 已 成 为 导 电材 料 。
关键 词 ： 华光炭黑 ； 丁苯 橡 胶 ； 纳米复合材料 ； 导 电性 能 ； 导 热 性 能 中 图分 类号 ： ＴＱ３ ３ ３ ． １ ； ＴＱ３ ３ ０ ． ３ ８ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ８ ９ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ５ ８ １ — ０ ７
Ｃ ｏ ｍｐ公 司产 品 ； Ｏ ｊ８ ４型 直 流 电桥 ， 上 海 正 阳仪 表厂 产 品 。 １ ． ４ 试样 制 备 胶 料在 两 辊 开 炼 机 上 采 用 常 规 方 法 进 行 混
黑独 特 的 中空 结 构 可 以使 橡 胶 复 合 材 料 轻 量 化 ， 同时其 较 高 的结构 性和 良好 的导 电性 能 容易 在橡
日本 日立 公 司 产 品 ； Ｊ Ｅ Ｍ一 ３ ０ １ ０型 透 射 电 子 显 微
镜（ Ｔ Ｅ Ｍ） ， 日本 Ｊ Ｅ ＯＬ公 司产 品 ； Ｍ３ ８ １ ０ ｃ 型 门尼
粘度 仪 ， 北 京 环 峰 化 工 机 械 实 验 厂 产 品； Ｒ Ｐ Ａ２ ０ ０ ０型 橡胶 加工 分析 仪 ， 美 国阿 尔法 科技 有 限公 司 产 品 ； Ｆ ＯＸ５ ０型 热 流 量 仪 ， 美国 Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ —
重点实验室， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ）
摘要 ： 研 究 华 光 炭 黑用 量 对 丁苯 橡 胶 （ Ｓ Ｂ Ｒ ） 复合 材料性 能的影 响， 并 与 炭 黑 Ｎ３ ３ ０进 行 对 比 结 果 表 明 ： 与 炭 黑 Ｎ３ ３ ０相 比 ， 华光 炭 黑具 有 中空 结 构 、 较 大 的 比表 面 积 和较 高 的 结 构 性 ； 相 同用 量 华 光 炭 黑 填 充 Ｓ Ｂ Ｒ 胶 料 的 门 尼 粘 度 和拉 伸 强 度 较 大 ， 导 电性 能 和 导 热 性 能 较 好 。随 着 炭 黑 用 量 的增 大 ， 两 种 复 合 材 料 的物 理 性 能 、 导 电性 能 和 导 热 性 能
白炭黑补强不同结构溶聚丁苯橡胶的性能研究
４８６
轮 胎 工 业
２０１８年 第 ３８卷
（２）热性 能 。采 用ＤＳＣ仪 分析 生胶 热性能 ，测 试 玻璃化 温度 （ ）。
本 工作 研 究 白炭 黑 补 强不 同结 构 ＳＳＢＲ的性 能 ，为 ＳＳＢＲ在高性 能轮胎 中的应用 提供参 考 。
１ 实 验 １．１ 主 要 原 材 料
ＳＳＢＲ，牌号 ２４６６，台橡股 份有 限公 司产 品 ；牌 号４５２５—０，德 国 朗盛化 学 公 司产 品 ；牌 号 ５２６０Ｈ和 ５３６０Ｈ，韩 国锦湖 石化有 限公 司产 品 。 １．２ 试 验 配 方
ＳＳＢＲ １００，白炭 黑 ５０，偶 联剂 Ｓｉ６９ ６，氧 化 锌 ３，硬 脂 酸 １，环 保 油 ３７．５，硫 黄 ２，促 进剂ＤＰＧ ２，促 进剂Ｎｓ １．５。 １．３ 主要 设备和 仪 器
ＳＢＥＮ１６０／１２０—２Ｘ型 密 炼 机 ，德 国 克 虏 伯
作 者 简 介 ：马秀 菊 （１９ 公司 工程 师 ，硕 士 ，主 要从 事橡 胶 材料 分析 测试 与 性能 研究 工 作 。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｍａｘｉｕｊｕ＠ｔｒｉａｎｇｌｅ．ｃｏｍ．ｃｎ
公 司 产 品 ；ＬＯＨ一９０００型 开 炼 机 ，泰 国ＬａｂＴｅｃｈ公 司 产 品 ；ＭＤＲ２０００型 无 转 子 硫 化 仪 和 ＭＶ２０００ 型 门 尼粘 度 仪 ，美 国阿 尔 法科 技 有 限公 司产 品 ； ＴＩＭＥ５４２０型 邵 尔 Ａ型 硬 度 计 ，时 代 集 团 公 司 产 品 ；ＧＴ一７０１４Ｈ型 电 热 平 板 硫 化 机 和 ＧＴ—ＡＩ一 ７０００Ｍ型 电 子 拉 力 机 ，高 铁 检 测 仪 器 有 限公 司 产 品 ；Ｒｏｅｌｌ５０１９型 回弹仪 ，德 国Ｚｗｉｃｈ公 司产 品 ； ＥＰＬＥＸＯＲ ５００Ｎ型 动 态 粘 弹 谱 （ＤＭＡ）仪 ，德 国 ＧＡＢＯ公 司产 品 ；ＡＶＡＮＣＥ ＩＩＩ Ｍ ４００ＭＨｚ型核磁共 振波谱 （ＮＭＲ）仪 ，瑞 士布鲁 克集 团产 品 ；ＤＳＣ一１型 差示 扫 描量 热 （ＤＳＣ）仪 ，瑞 士梅 特 勒～托 利 多公 司 产 品 ；ＰＬ—ＧＰＣ５０型凝 胶 渗 透 色 谱 （ＧＰＣ）仪 ，美 国 安捷伦 科技公 司产 品 。 １．４ 试样 制 备
不同粒径的碳纳米管补强天然橡胶
不同粒径的碳纳米管补强天然橡胶
张华知;陈建;谢纯;附青山;宋亦兰
【期刊名称】《弹性体》
【年(卷),期】2013(023)006
【摘要】以2种不同型号的短多壁碳纳米管(管径OD为20～30 nm和30～50 nm,长度皆为o.5～2 μm)与炭黑N330混合成复合填料,采用混炼法讨论其对天然橡胶的补强作用.结果表明:碳纳米管对橡胶的拉伸强度、定伸应力、硬度等方面有着显著的影响;不同管径的碳纳米管由于其自身性能的差异,对天然橡胶的性能有不同的影响;碳纳米管的不同添加量对天然橡胶补强的各性能有非常大的影响.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】张华知;陈建;谢纯;附青山;宋亦兰
【作者单位】四川理工学院材料腐蚀与防护重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护重点实验室,四川自贡643000;成都龙泉防腐工程有限公司,四川成都610100;四川理工学院材料腐蚀与防护重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护重点实验室,四川自贡643000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ332.6
【相关文献】
1.炭黑、导电炭黑和碳纳米管在天然橡胶中补强性能的对比研究 [J], 杨绪迎;吕佳萍;裴红兵
2.炭黑、导电炭黑和碳纳米管在天然橡胶中补强性能的对比研究 [J], ;
3.碳纳米管对天然橡胶的补强机理研究 [J], 朱常才;杨琨;张亭亭;张萍;赵树高
4.纳米无机粒子补强天然橡胶的研究(Ⅳ)碳纳米管/天然橡胶复合材料的研究 [J], 赵同建;贾春满;符新
5.大长径比碳纳米管补强天然橡胶纳米复合材料的制备、微观结构和电导率 [J], 许红;
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
具 有重 要 影 响 。炭 黑 的 性 质 包 括 一 次 结 构 的 形
态、 粒径 、 表 面 活性 等 ， 这 些 对 聚合 物 体 系 的加 工 性能 、 物 理 性 能 及 动 态 性 能 等 具 有决 定 性 影 响 。 炭 黑 聚集体 间 以范德 华力 相互 聚集形 成 的空 间 网
Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ １ ０ ０ ， 炭黑（ 变 品种 ） ５ ０ ， 氧化 锌
硬 脂酸
ＣＺ １ ． ５。
３ ，
２ ， 防老 剂 Ｒ Ｄ １ ， 硫 黄 １ ． ７ ５ ， 促 进 剂
１ ． ３ 主 要 仪 器
Ｂ Ｌ 一 ６ １ ７ ５ 一 Ｂ Ｌ型两辊 开炼 机 ， 东 莞市 宝轮 精 密 检 测 仪 器 有 限 公 司产 品 ； Ｍ２ ０ ０ ０型 无 转 子 硫 化 仪、 ＧＴ 一 ７ ０ ８ ０ Ｓ ２型 门尼 粘 度 计 和 ＴＣ Ｓ － ２ ０ ０ ０型通 用 拉力 机 ， 中 国台湾 高铁检 测仪 器有 限公 司产 品 ； ＸＬ Ｂ － Ｄ ４ ０ ０ ×４ ０ ０型 平 板 硫 化 机 ， 湖 州 东 方 机 械 有 限公 司 产 品 ； Ｒ Ｐ Ａ２ ０ ０ ０型 橡 胶 加 工 分 析 仪 ， 美 国阿 尔 法科 技 有 限公 司 产 品 ； Ｓ Ｔ Ｄ Ａ８ ６ １ ｅ型 动 态 热 力学 分析 仪 ， 瑞 士梅 特勒一 托 利多集 团产 品。
集 成橡 胶 （ Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ） 是 一 种 以苯 乙烯 、 丁 二烯 、
１ ． ２ 试 验 配 方
异 戊二 烯为 单体 合 成 的 新 型橡 胶 ， 具有 优 异 的物
理 性能 和动 态力 学 性 能 ， 是 综 合性 能最 全 面 的合 成 橡胶 之一 ＿ 】 ］ 。Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ分 子 链 中 的 聚二 烯 烃 链 段 使 其具 有 良好 的耐 磨 性 能 、 低 温 性 能 和滚 动 阻 力 性能 ； 聚苯 乙烯链 使其 湿抓 着力 提高 ， 保证 轮胎 在 湿 滑路 面上 的行驶 安 全性 。 炭 黑在 基体橡 胶 中的分应 最 强 ， 生热 也 较大 ； 在 ０℃ 下 炭 黑 Ｎ７ ７ ４ ， Ｎ ６ ６ ０ ， Ｎ５ ５ ０ ， Ｎ３ ３ ０ ， Ｎ２ ２ ０ ， Ｂ Ｌ２ ０ １ ， Ｂ Ｌ １ ０ １ ， Ｅ Ｌ ３ ０ ２填 充 硫 化 胶 的损 耗 因 子 依 次 减小 ， 抗 湿 滑性 能 下 降 。
第 ３ 期
丁乃秀等． 不 同粒 径 和 结构 度炭 黑 填 充集 成 橡 胶 的 性 能 研 究
不 同粒 径 和 结构 度 炭 黑 填 充集 成 橡 胶 的性 能研 究
丁乃 秀 ， 栗 磊， 徐 帅锋 ， 左 培 燕
２ ６ ６ ０ ４ ２ ） （ 青 岛科 技 大学 高 性 能 聚 合 物 研究 院 ， 山东 青岛
Ｂ Ｌ ３ ０ ２ ， 山东贝斯特化工有限公司产品； 炭 黑 Ｎ２ ２ ０ ， Ｎ３ ３ ０ ， Ｎ５ ５ ０ ， Ｎ６ ６ ０和 Ｎ７ ７ ４ ， 青 岛德 固赛 化
学 有 限公 司产 品 。
作者简介 ： 丁乃 秀 （ １ ９ ７ ５ 一） ， 女， 山东 胶 南 人 ， 青 岛科 技 大 学
摘要 ： 研 究 不 同 粒 径 和结 构 度 炭 黑 填 充 集 成 橡 胶 （ Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ） 的性 能 。结 果 表 明 ： 高结构度的 Ｂ Ｌ 系列 炭 黑 和 大 粒 径 的
炭 黑 Ｎ７ ７ ４均 使 Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ胶 料 的 焦 烧 时 间 和硫 化 时 间延 长 ； 随着炭黑结构度的提高 ， 胶 料 的 门尼 粘 度 和 交 联 密 度 增 大 ； 结 构度最高的炭黑 Ｂ Ｌ ３ ０ ２填 充 硫 化 胶 的定 伸 应 力 最 大 ， 耐 老 化性 能 最 好 ； 结构 度大 、 粒 径 小 的 炭黑 Ｂ Ｌ ２ ０ １填 充 胶 料 的
教授 ， 博士 ， 主要从事高分子材料加 工研究工作 。
橡
１ ６ ０℃ × ｔ ９ ０ 。
１ ． １ 主 要 原 材 料
Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ， 牌号 ２ ５ ０ ５ ， 中 国石 化 北 京 燕 山石 油 化 工 股 份 有 限公 司产 品； 炭黑 Ｂ Ｌ １ ０ １ ， Ｂ Ｌ ２ ０ １和
１ ． ５ 测 试 分 析 １ ． ５ ． １ 物 理 性 能
邵 尔 Ａ 型 硬度 按 ＧＢ ／ Ｔ ５ ３ １ －２ ０ ０ ８ （ （ 橡 胶 袖 珍 硬度 计压 人硬 度试 验方法 》 进 行测试 ； 拉 伸性 能 和撕裂 性 能 分 别 按 ＧＢ ／ Ｔ ５ ２ ８ －２ ０ ０ ９ 《 硫 化 橡 胶
或 热塑 性橡 胶 拉伸 应力应 变性 能 的测定 》 和Ｇ Ｂ ／ Ｔ ５ ２ ９ －２ ０ ０ ８ ＜ （ 硫 化橡 胶或热 塑性 橡胶 撕裂 强度 的
络 二次 结构 对材 料 的性能 也有 重要影 响 。
本 工作 以不 同粒 径 和结构 度炭黑 填 充 Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ， 并 对其 硫化 特性 、 物理 性 能和 动 态 力 学性 能 进 行
研究。
１ 实 验
将 Ｓ Ｉ Ｂ Ｒ置于 开炼机 上 塑 炼 ， 依 次加 入 小料 、 炭黑 、 促进剂 和硫 黄 ， 混匀后 薄 通 ６ 次， 下片。 采用无转子硫化仪测定胶料在 １ ６ ０℃ 下 的 ｔ 。 。 ， 然 后在 平 板 硫 化 机 上 进 行 硫 化 ， 硫 化 条 件 为
关键词： 炭黑； 粒径 ； 结构 度； 集成橡胶 ； 动 态 力 学 性 能
中 图分 类 号 ： ＴＱ ３ ３ ３ ． １ ； Ｔ Ｑ３ ３ ０ ． ３ ８ １ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ — ８ ９ ０ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ １ ６ １ — ０ ５