用双相填充剂改善轮胎流动阻力、耐磨性和湿路面防滑性能之间的综合平衡性

介绍了二系列白炭黑分布，白炭黑表面覆盖率和硅含量不同的炭黑-白炭黑双相填充剂CSDPF2000和CSDPF4000，并评估了其分别应用于轿车轮胎胎面胶和载重汽车轮胎胎面胶中对轮胎动态性能（滚动阻力），耐磨性和湿路面防滑性能的影响。实验证明，通过用不同类型的CSDPF代替普通的填充剂，可以改善不同轮胎胎面胶的滚动阻力，耐磨性和湿路面防滑性能之间的综合平衡性。     

应用于乘用车胎胎面胶的炭黑-白炭黑双相填充剂

新一代补强材料——炭黑-白炭黑双相填充剂CSDPF4210因具有炭黑微区高表面活性和高白炭黑表面覆盖率的特点，可在滚动阻力、湿路面牵引性和耐磨耗性之间达到总体令人满意的均衡性能，成为极佳的备选填充剂。     

炭黑/白炭黑双相填料在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用

研究炭黑/白炭黑双相填料(CSDPF)在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用.结果表明,CSDPF与橡胶间的相互作用较强;与填充普通炭黑或白炭黑的胶料相比,填充CSDPF的胶料在高温下的滞后损失较小,耐磨性能明显提高.     

轮胎工业用填充剂（下）

3白炭黑-炭黑双相填充剂白炭黑-炭黑双相填充剂是用卡博特公司开发的独特技术生产的。传统的炭黑由90％-99％碳元素组成，氧和氢是其它主要成分，而这种新型填充剂由炭黑相和分散在炭黑相中的白炭黑相构成。其主要特点是提高了烃类弹性体中橡胶与填充剂的相互作用，而降低了填充剂与填充剂的相互作用。这种填充剂可改善填充胶料，尤其是轮胎胎面胶的滞后损失与温度之间的关系，大大降低了滚动阻力，提高了牵引力，但并未降低传统炭黑的耐磨耗性能。     

新一代橡胶补强剂炭黑-白炭黑双相填充剂在载重车胎胎面胶中的应用

考察了炭黑-白炭黑双相填充剂在天然橡胶胶料中的应用。结果发现这种新型填充剂所赋予的总体性能比普通填充剂(即炭黑和白炭黑)好得多。在典型的载重车胎胎面胶料中，由于炭黑-白炭黑双相填充剂填充胶料的聚合物与填充剂之间的相互作用大，填充剂与填充剂之间的相互作用较小而使其具有与N110炭黑胶料相同的实验室耐磨性，而且其70℃下的损耗角正切值(是表征滚动阻力的一个参数)比N110炭黑胶料下降了40％以上。通过加入少量的偶联剂[TESPT，即双-(3-三乙氧基硅烷丙基)-四硫烷]，可以在某种程度上进一步改善这些性能。试验数据显示，无论加不加偶联剂。炭黑-白炭黑双相填充剂所赋予的性能都比普通填充剂好。     

TESPT对白炭黑填充SBR复合材料物理机械性能和介电性能的影响

在炭黑为主要补强材料的轮胎胎面胶行业中,人们对用白炭黑作为补强填料产生了极大的兴趣。这是因为与炭黑填充胶料相比,白炭黑填充胶料的湿路面牵引性能及雪路面牵引性能较好,而且滚动阻力较小。白炭黑在轮胎胎面胶料中的用量逐年增大,可能成为轮胎的主要填充剂。但是,白炭黑填充胶料仍存在一些问题,如未硫化胶料粘度增大,硫化速度慢等。     

填充剂-弹性体相互作用对胎面胶性能的影响

胎面胶的耐磨性对轮胎的耐磨性起支配作用。对填充硫化胶来说,这些性能受填充剂的形态及其表面特性影响很大。本文将对填充剂-聚合物和填充剂-填充剂相互作用的影响进行评述,并从理论和实用方面讨论影响的因素。     

补强填充剂的发展及其在轮胎中的应用

为了适应轮胎技术的发展,国内外炭黑生产商大力开发新品种。《补强填充剂的发展及其在轮胎中的应用》一文,介绍了高结构炭黑、转化炭黑、纳米结构炭黑、白炭黑、白炭黑-炭黑双相填充剂等新品种。这些炭黑品种的相继研制成功,在保持轮胎胎面胶低滚动阻力的前提下,提高了轮胎的耐磨性和综合性能,推动了轮胎工业的发展。     

白炭黑填充胎面胶填料分散度定量分级系统

如果白炭黑在橡胶中的分散度能够达到炭黑的分散水平,那么使用沉淀法白炭黑替代炭黑在轿车轮胎胎面胶中应用,将能够改善轮胎的某些实际使用性能,包括提高湿滑路面的牵引性,降低滚动阻力,同时还能保持胎面胶的磨耗性能,使用寿命与炭黑补强轮胎相当。欧盟制定了强制性的轮胎标签法规,要求所有的轮胎必须加贴标签,标明轮胎的湿路面防滑性能级别、滚动阻力等级和滚动噪声水平,达不到法规限值要求的轮胎禁止销售。在这样的背景条件下,高分散性白炭黑在胎面胶中的应用比例有望进一步提高。ISO 11345标准规定了炭黑/白炭黑补强填充材料在橡胶中的分散度目测对比的快速评估方法,将填料分散度划分为10个等级。但是,这种分级方法完全依靠主观判断,而且在显微镜放大倍率为100X倍时,直径～23μm的聚集体颗粒根本观察不到。在实际应用中,只有聚集体颗粒结构尺寸～1μm的白炭黑才具有补强胎面胶的作用,能最大限度提高胎面胶的耐磨性。高分散性白炭黑Eecosil 350MG是一种专门为轿车轮胎胎面胶开发的产品。为了方便区分和评价高分散性白炭黑(HDS)和易分散性白炭黑的分散效果,开发了一种基于1000X倍放大倍率的扫描电子显微镜显微照相的填料分散度定量分级系统,分散度划分为10个等级,1级分散效果最差,10级分散最佳。我们研究了3种典型的轿车轮胎胎面胶配方试验胶料,选择了7种商业化生产的CTAB比表面积不同的HDS和易分散性白炭黑,混炼工艺分为3种,分别是三段、四段和五段混炼。用图像识别软件定量分析每一张显微照片的白色区域面积所占的百分比,依此建立白炭黑补强胎面胶填料分散度的定量分级系统。该系统能够同时生成填料颗粒尺寸分布图,很容易识别是否存在尺寸～5μm的聚集体颗粒,据此区分高分散性白炭黑与易分散性白炭黑在轿车轮胎胎面胶中应用的差别。     

白炭黑/炭黑并用与炭-硅双相填料对NR胎面胶性能的影响

研究了白炭黑/炭黑并用比对胎面胶性能的影响,并与炭-硅双相填料(CSDPF)进行了对比。结果表明,当填料总量不变时,随着白炭黑用量的增加,NR混炼胶硫化时间逐渐延长,硫化胶交联密度逐渐减小,300%定伸应力减小,拉断伸长率增大,耐磨性能下降,动态性能有所改善,压缩生热和滚动阻力均呈减小趋势。炭-硅双相填料(CSDPF)配合Si-69使用效果较好,填料-填料相互作用较弱,有效降低了滞后生热和滚动阻力,填料-橡胶相互作用较强,保证了较好的抗湿滑性和耐磨性。     

填料对轮胎抗湿滑性能的影响(二):填料-弹性体相互作用对水润滑性能的影响(下)

以前的研究证明,在湿滑试验过程中硫化胶的磨损表面上炭黑聚结体为橡胶膜所覆盖,而部分白炭黑聚结体却裸露在外表。应用轮胎在滑移或滚动过程中胎面胶与路面接触区的"三区概念"(即挤出水膜区、过渡区和牵引区),解释了用各种试验方法并在各种条件下测得的炭黑和白炭黑对抗湿滑性能影响的实验结果。在水膜挤出区和过渡区中,流体动力学和微观弹性流体动力学润滑机理占主导地位,此时白炭黑有利于提高湿摩擦性能;而在牵引区中,摩擦主要取决于界面润滑,炭黑填充胶的抗湿滑性能是比较好的。在水膜挤出区和过渡区较大的润滑条件下,如高速、低温、光滑路面、低负荷、大滑移角及ABS制动的条件下,白炭黑表现出优异的性能。但在牵引区较大的情况下,炭黑可赋予较高的抗湿滑性能。据此开发了一种炭-二氧化硅的新型双相填料CSDPF 4210。采用该填料所制造的轮胎可大幅改善配有ABS的轿车在高速和平滑路面上的抗湿滑性能。     

先进的混炼技术——用啮合型密炼机混炼白炭黑填充胶料

Rauline发明了采用双官能有机硅烷,尤其是TESPT（双-3-（三乙氧基）硅丙基四硫化物）偶联剂和白炭黑的绿色轮胎技术,赋予了轮胎更好的湿路面牵引性能,降低了滚动阻力,并改善了耐磨性。但是,用白炭黑替代炭黑的一个主要问题是,由于白炭黑的极性会导致填料间极强的相互作用和亲水性,白炭黑粒子容易形成聚集体,与非极性聚合物基体不相容。因此,必须用适当的偶联剂对白炭黑表面进行化学覆盖改性,从而在每个白炭黑粒子表面形成憎水层。     

白炭黑形态和官能度对冬季轮胎性能的影响(一)

本研究的目的是用动态力学分析预测标准冬季轮胎胎面胶的微观滞后损失性能。胎面胶配方中的弹性体配比(溶聚丁苯橡胶、聚丁二烯/天然橡胶)、白炭黑表面积和填充量、白炭黑与炭黑的配比对预测的冬季轮胎性能有很大影响。高聚丁二烯含量可提供理想的冬季轮胎性能;添加天然橡胶可提高暖天气干路面牵引力;添加溶聚丁苯橡胶可以降低滚动阻力;溶聚丁苯橡胶与天然橡胶并用可改善湿路面引牵引力。另外,添加较高填充量的较低表面积白炭黑(例如Hi-Sil EZ90G-D)可以提高各种冬季轮胎性能。     

填料对轮胎抗湿滑性能的影响(二):填料-弹性体相互作用对水润滑性能的影响(上)

以前的研究证明,在湿滑试验过程中硫化胶的磨损表面上炭黑聚结体为橡胶膜所覆盖,而部分白炭黑聚结体却裸露在外表。应用轮胎在滑移或滚动过程中胎面胶与路面接触区的"三区概念"(即挤出水膜区、过渡区和牵引区),解释了用各种试验方法并在各种条件下测得的炭黑和白炭黑对抗湿滑性能影响的实验结果。在水膜挤出区和过渡区中,流体动力学和微观弹性流体动力学润滑机理占主导地位,此时白炭黑有利于提高湿摩擦性能;而在牵引区中,摩擦主要取决于界面润滑,炭黑填充胶的抗湿滑性能是比较好的。在水膜挤出区和过渡区较大的润滑条件下,如高速、低温、光滑滑路面、低负荷、大滑移角及ABS制动的条件下,白炭黑表现出优异的性能。但在牵引区较大的情况下,炭黑可赋予较高的抗湿滑性能。据此开发了一种炭-二氧化硅的新型双相填料CSDPF 4210。采用该填料所制造的轮胎可大幅改善配有ABS的轿车在高速和平滑路面上的抗湿滑性能。     

环氧化液体聚丁二烯接枝白炭黑填充轮胎胎面胶的性能(一)

本文是在白炭黑覆胶工艺研究达到预期目的之后,将关注的重点转移到提高聚合物-填料之间的相互作用和降低在橡胶基质中分散沉淀法白炭黑所需的能量消耗两个方面的课题研究。简单地说,就是通过在白炭黑表面接枝环氧化液体聚丁二烯来获得低成本和环境友好的加工方法。在标准轿车轮胎胎面胶配方中用聚合物接枝白炭黑作为补强填充剂,研究了胶料的加工性能、硫化动力学和硫化胶的各种性能。研究结果证实,涂覆于白炭黑表面的环氧化聚丁二烯的环氧化程度、摩尔质量和微观结构对混炼胶的加工性能、硫化动力学和硫化胶的各种性能有很大影响。与用双-[三乙氧基甲硅烷基丙基]-四硫化物作为硅烷偶联剂的对比配方胶相比,聚合物接枝白炭黑填充胶的动态力学性能更优,尤其是在低温环境下具有较高的刚性和低的滞后损失,这表明其抗湿滑性能和应急操作性能更佳。因此,在高性能轿车轮胎胎面胶中应用这种聚合物接枝白炭黑补强体系其安全性能优势明显,具有极好的应用前景。     

白炭黑轮胎胎面胶动态力学性能的研究

对白炭黑Ultrasil 5000GR,Ultrasil 7500GR,Ultrasil 9000GR填充的轮胎胎面胶进行动态力学性能研究。结果表明：在3种牌号白炭黑胎面胶中,白炭黑Ultrasil 5000GR胎面胶的抗湿滑性能较好,滚动阻力较低,损耗模量较小,生热较低。白炭黑Ultrasil 5000GR适合用于轮胎胎面胶;用白炭黑Ultrasil 5000GR胎面胶制作的轮胎转速提高,抗湿滑性能有所提高,滚动阻力略有增大。     

填料对轮胎抗湿滑性能的影响(一):水的润滑作用与填料-弹性体的相互作用(上)

对新填料的应用研究发现,轮胎在路面上的抗湿滑性不仅取决于胎面胶料的动态特性,也取决于在微观尺度上的弹性流体动力润滑性能。在分析干、湿条件下的摩擦概念,以及对比胎面胶磨损表面和路面可能出现的模拟材料的摩擦系数,曾推论在湿滑条件下进行抗滑性试验时,白炭黑填充胶料磨损表面的表层存在着裸露的白炭黑,但在炭黑填充胶的表面,填料聚结体仍被橡胶膜覆盖。填料表面能测试、填充硫化胶性能分析及AFM对胶料抗滑试验后磨损表面的直接观察结果都证实了这一推论。白炭黑和炭黑填充硫化胶表面组成不同,对微观弹性流体力学润滑产生的影响亦不同,从而会导致抗湿滑性能的差异。     

填料对轮胎抗湿滑性能的影响(一):水的润滑作用与填料-弹性体的相互作用(下)

对新填料的应用研究发现,轮胎在路面上的抗湿滑性不仅取决于胎面胶料的动态特性,也取决于在微观尺度上的弹性流体动力润滑性能。在分析干、湿条件下的摩擦概念,以及对比胎面胶磨损表面和路面可能出现的模拟材料的摩擦系数,曾推论在湿滑条件下进行抗滑性试验时,白炭黑填充胶料磨损表面的表层存在着裸露的白炭黑,但在炭黑填充胶的表面,填料聚结体仍被橡胶膜覆盖。填料表面能测试、填充硫化胶性能分析及AFM对胶料抗滑试验后磨损表面的直接观察结果都证实了这一推论。白炭黑和炭黑填充硫化胶表面组成不同,对微观弹性流体力学润滑产生的影响亦不同,从而会导致抗湿滑性能的差异。     

不同类型丁苯橡胶和白炭黑对轿车子午线轮胎胎面胶性能的影响

本文对比研究了乳聚丁苯橡胶(ESBR)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)和功能性溶聚丁苯橡胶(F-SSBR)三种类型的丁苯橡胶(SBR)的性能。还对比分析了高分散性白炭黑和传统沉淀法白炭黑对胎面胶性能的影响。试验研究结果表明,白炭黑填充SSBR的生热性、动态永久变形、磨耗和湿路面抓着力(WG)明显好于白炭黑填充ESBR,两者的燃油经济性相当。如预期的那样,F-SSBR填充硫化胶具有最好的耐磨性、WG和燃油经济性等轮胎性能主要得益于最大限度地提高了橡胶-填料的相互作用和填料的分散程度。试验结果表明,在F-SSBR的分子链端引入反应性官能团氨丙基二甲氧基硅烷对轮胎性能起关键作用。不同类型的白炭黑对填料的分散程度、轮胎的WG和燃油经济性没有明显的影响。与白炭黑特性的影响相比,也许在混炼胶制备阶段延长混炼时间的影响更为突出。     

白炭黑在轮胎中的应用及其前景

从1912年起,炭黑就作为主要填充剂或补强剂被应用于包括轮胎在内的胶料配方中。它的应用对赋予硫化胶理想的补强效果和大大地提高其耐磨性、拉伸强度、抗撕裂性、模量和硬度来讲是必不可少的。然而,其应用亦给硫化带来较大的滞后损失和失热,且其在胶料混炼时还大大地增加粘性生热;对轮胎性能（胎面耐磨性、湿路面牵引性和滚动阻力）来讲,仅仅通过改变其品级和用量决不可能同时兼顾或改善轮胎这种性能;此外,它还污染环境。为使轮胎获得某些为传统炭黑无法提供的特殊性能,传统炭黑的统治地位正面临着严峻的挑战和动摇。在这种情况下,研制并应用新型非黑色填充剂－白炭黑已势在必然。早在1973年,白炭黑作为填充剂在胎面胶中的应用就获得了德国专利,其后便投入了冬季轮胎生产（后因部分轮胎在使用时出现了问题而停产）。70年代末,对用部分白炭黑代替冬季轮胎胎面中的炭黑又进行了研究。其后,被用于新一代的“绿色轮胎”被选为原装轮胎。所谓“绿色轮胎”就是一种有利于保护环境的低滚动阻力、低油耗轮胎。它一般可降低滚动阻力30－35％,节油5％左右。其秘密在于使用了表面为有机硅烷化的白炭黑。目前,白炭黑已越来越多地用于乘用轮胎,其次是载重轮胎。其它一些白炭黑轮胎诸如冬季轮胎、全天候轮胎和工程机械轮胎等正在开发中。白炭黑轮胎以其突出的滚动阻力小、湿路面抓着力大或牵引性好、磨耗小等优点受到轮胎业普遍青睐。