橡胶补强用改性炭黑的生产工艺及其填充胶料

本发明涉及橡胶补强用改性炭黑(以下简称“改性炭黑”)的生产工艺。具体而言，本发明涉及通过使用有机烷氧基硅烷化合物生产炭黑和白炭黑复合材料，从而生产改性炭黑的工艺。所获得的改性炭黑可用于轮胎用胶料和带式输送机及工业辊等各种橡胶制品用胶料中，赋予橡胶以下物理性能：较高温度环境(60～100℃)下的低tanδ值、低的变形生热性、低的驱动能耗。     

炭黑对胶料动态特性的影响效果

在利用炭黑作为橡胶补强剂的场合,不仅添加量对胶料强度有影响,而且炭黑粒子的大小、结构、表面积和表面活性对胶料强度也有影响。粒子的大小以单位个粒子的直径来表示,可由电子显微镜进行测定。结构可用构成聚集体的粒子数来表示（表示络合的程度）。表面积表示能够和橡胶相互作用的聚集体的表面积的大小。单个粒子的大小对表面积的大小也有影响。热履历及其结果形成的多孔性也对表面积产生很大影响。即使是同样大小的粒子,经过处理后表面积可比原来的炭黑增大5－7倍。表面活性受原料油成分的微小差异和燃烧的方式影响很大。在炭黑表面上可以检测出各种官能团,例如羧基、酚基、醌基、内酯基等。这些官能团对于橡胶的硫化产生影响。另一方面,表面活怀对于弹性体分子链的物理吸附也产生影响,由此进一步直接影响到橡胶的物性。     

炭黑硬度对胶料与聚酯帘线粘合力的影响

研究炭黑N330粒子硬度对轮胎胎体胶料物理性能以及胶料与聚酯帘线粘合力的影响.结果表明,随着炭黑N330粒子硬度的增大,胎体胶料门尼粘度、ML/MH,绍尔A型硬度、定伸应力和拉伸强度增大,拉断伸长率减小,焦烧时间和正硫化时间缩短;炭黑N330粒子硬度对硫化胶料与聚酯帘线粘合力影响较大,两者呈正比关系.     

导电炭黑在NBR中的应用研究

对导电炭黑（ＣＳＦ）作为ＮＢＲ的填料时，其填充量、硫化时间和增塑剂用量等因素对ＮＢＲ／ＣＳＦ混炼胶加工性能和硫化特性及硫化胶物理性能和电性能的影响进行了研究，并与乙炔炭黑（ＡＣＥＴ）进行了对比。结果表明，随着ＣＳＦ用量的增大，混炼胶的炭黑结合ＮＢＲ量、门尼粘度［ＭＬ（１＋４）１００℃］、屈服强度和拉伸强度均增大，扯断伸长率和挤出膨胀率降低，挤出物外观变优，焦烧时间和正硫化时间延长，硫化速度放慢，硫化胶的物理性能有所降低，导电性能提高；硫化胶体积电阻率随硫化时间延长和施加负荷的增大而降低，随温度升高和增塑剂ＤＯＰ用量增大而升高。ＮＢＲ／ＣＳＦ混炼胶的结合橡胶量、门尼粘度和混炼胶应力应变性能及硫化胶导电性能等均高于ＮＢＲ／ＡＣＥＴ混炼胶。     

硅烷偶联剂KH550对炭黑填充天然橡胶性能的影响

研究不同用量的硅烷偶联剂KH550对炭黑填充天然橡胶的硫化特性、物理性能和动态力学性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂KH550的加入缩短了焦烧时间和正硫化时间;硅烷偶联剂KH550添加量为2份时邵尔A型硬度和拉伸强度达到最大值,拉断伸长率有所降低,回弹性和压缩永久变形性能有明显改善;硅烷偶联剂KH550的加入能有效降低炭黑的Payne效应,提高胶料的交联密度及炭黑的分散性,硫化胶损耗因子和动态生热降低,动态力学性能明显改善。     

混炼工艺对炭黑/NR胶料性能的影响

研究混炼工艺对炭黑在NR中的分散性及其硫化胶性能的影响。结果表明:提高填充因数、转子转速和起始温度,胶料转矩和能量消耗增大,升温速率和排胶温度升高,混炼时间缩短;选择适中的填充因数和混炼时间,提高转子转速、起始温度和采用分段降速混炼均有利于提高炭黑的分散性;当炭黑分散性较好时,炭黑/NR硫化胶的物理性能、动态力学性能和耐磨性能提高,压缩生热降低。     

改性白炭黑对天然橡胶和环氧化天然橡胶共混物力学性能的影响

研究了白炭黑对天然橡胶和环氧化天然橡胶（NR／ENR）共混物的补强性能以及改性剂的品种和用量对白炭黑分散效果的影响。结果表明，间苯二酚六次甲基四胺（PY）、硅烷偶联剂KH-550、Si-69这3种改性剂对白炭黑都起到了很好的改性作用。PY以40／60的质量比把间苯二酚和六次甲基四胺溶解、混合所得的络合物的改性效果最好，其中硅烷偶联剂Si-69和KH-550的最佳用量以白炭黑质量用量的9％为宜。     

炭黑在聚酰胺6中的超分散性研究

用超分散剂在分散介质中预处理炭黑,然后将预处理后的炭黑与聚酰胺6(PA6)在转矩流变仪中共混,制备了PA6/炭黑色母料,并将该色母料添加到PA6中制备了PA6/炭黑复合材料。考察了不同超分散剂和分散介质对色母料加工性能的影响,通过扫描电子显微镜考察了超分散剂和分散介质对炭黑分散性能的影响,并对PA6/炭黑复合材料进行了力学性能测试。结果表明,N,N'-二甲基甲酰胺对炭黑粒子有很好的润湿性能;用超分散剂聚氨基甲酸酯预处理的炭黑在PA6中分散良好,分布均匀,平均粒径为50~70 nm;添加5 %色母料的PA6/炭黑复合材料的拉伸强度可达105.1 MPa,比纯PA6提高了38.72 %。     

改性华光导电炭黑及其填充橡胶的性能

研究了改性华光导电炭黑（HG－S）的用量（30～80质量份）,对硅橡胶胶料的工艺性能、硫化特性、物理机械性能以及导电性能的影响。结果表明：随着HG－S用量的增加,混炼胶的门尼粘度增加较快,胶籽的硫化时间有所延长,拉伸强度变化较为平缓,硫化胶的体积电阻串降低。值得注意的是：HG－S用量超过60phr时,其硫化胶的体积电阻率低于等量乙炔炭黑填充硅橡胶的体积电阻率。另外,将HG－S以70phr填充天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶时,硫化胶的体积电阻率在0．9～1．3Ω·cm之间。这对应用于要求导电性能较高的硅橡胶导电制品是极为有利的。     

转子构型对炭黑分散性及胶料力学性能的影响

主要研究了不同转子构型对炭黑分散性及胶料力学性能的影响。实验表明，在相同混炼条件下，6棱同步转子混炼的胶料获得最好的炭黑分散性，4棱转子的次之，在3组2棱同步转子中，2棱功能转子的混炼效果最好。说明通过改变转子构型，可有效地改善混炼胶中炭黑的分散性，提高胶料的力学性能。     

纳米碳酸钙/炭黑并用对丁苯橡胶性能的影响

研究了纳米碳酸钙／N330炭黑并用比对丁苯橡胶性能的影响。结果表明，随着CaCO3／N330并用比的改变，材料的强度有了显著的提高，特别是CaCOa／N330并用比为20／30(质量份)时复合材料的拉伸强度达到了20MPa以上，同时材料具有较好的弹性和较低的硬度；两种处理剂相比，树脂酸处理的碳酸钙具有较好的性能；表面处理的纳米炭酸钙与炭黑并用，可以降低炭黑填充橡胶的动态滞后，表面处理的纳米碳酸钙的加工性能比纳米炭黑好，可以通过并用纳米碳酸钙来改善炭黑胶料的加工性能。     

炭黑对乙烯丙烯酸酯橡胶硫化胶性能的影响

研究炭黑品种和用量对乙烯丙烯酸酯橡胶(AEM)硫化特性、物理性能、耐热老化性能和耐油性能的影响。结果表明:随着炭黑粒径的增大,AEM胶料的焦烧时间延长,物理性能和耐热老化性能降低,耐油性能提高,炭黑N660/AEM胶料的综合性能最好;随着炭黑N660用量的增大,AEM胶料的焦烧时间缩短,物理性能先升高后降低,耐油性能提高,耐热老化性能降低,炭黑N660用量为60份时AEM胶料的综合性能较好;炭黑N550/N774并用比为40/40时,AEM胶料的综合性能较好。