白炭黑在轮胎工业中的应用

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1、白炭黑在轮胎工业中的应用白炭黑在轮胎工业中的应用白炭黑是橡胶工业重要的补强原材料,也被用于农药,饲料,牙膏和涂料等行业.随着人类社会对环保和节能的要求日益严格,促使对能够降低滚动阻力,节约油料的子午线轮胎和滚动阻力更低的"绿色轮胎"的需求快速发展.因此,白炭黑在轮胎工业中的消费量和产品品种也正在快速发展.一,白炭黑在轮胎中的应用情况在轮胎工业中,过去白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝和橡胶的粘合性.也有些轮胎企业用于载重子午线轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎性和抗崩花性,其用量较少,一般为10~15份.近十几年来,由于欧洲和

2、北美对环保和节能的要求日益严格,将白炭黑用于轮胎胎面,可以显着降低轮胎的滚动阻力,同时能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性,其磨耗仅有稍许降低.1992年,米其林公司最先推出了全用白炭黑补强的"绿色轮胎",其滚动阻力较之一般轮胎降低约30%,节油及减少汽车废气效果显着.另外白炭黑也用于冬用(雪地)轮胎和高性能轮胎的胎面胶中.然而在国外,白炭黑售价相当于炭黑的140%,加上因添加偶联剂和胶料加工增加的费用,轮胎成本显着增加,而且单独使用白炭黑的轮胎抗静电性能不好.因此,目前在嗣李炳炎生产低滚动阻力的轮胎时,多采用炭黑和白炭黑并用的配方,以

3、取得最佳的性能/成本效果.目前,国内轮胎行业白炭黑用量还不多,主要用在全钢载重子午线轮胎的胎面胶中,一般配用白炭黑12~15份.在半钢子午线轮胎或轻卡轮胎的胎面胶中,除有的外资轮胎企业在生产高,中档轿车的原配轮胎以外,一般不用白炭黑.在国外,白炭黑主要用于轿车"绿色轮胎"和冬季轮胎的制造.在载重"绿色轮胎",全天候轮胎和工程机械轮胎中也开始应用.本文将着重介绍在"绿色轮胎"制造中的应用.人们对轮胎的基本要求有三.一是具有较高的湿路面的抓着力(抗湿滑性)或较好的牵引性,以确保车辆行驶及人员的安全;二是滚动阻力小,以节省燃油并减少废气

4、的排放.一般轮胎滚动阻力每降低3%一4%,耗油量可减少1%.基于胎面的滚动阻力约为轿车轮胎的50%,载重轮胎的30%,因此降低胎面的滚动阻力是节省燃油的重要途径.轿车及载重轮胎各部位对滚动阻力的影响见图1;三是耐磨性好,使用寿命长.为了获得上述性能,白炭黑特别是高分散性白炭黑在胎面胶中的应用是必不可少的.在国外,白炭黑目前主要用于子午线轿车轮胎的胎面,其中用量较多的轮胎滚动阻力较低,被称图1轿车及载重轮胎各部位对滚动阻力的影晌为"绿色"轮胎,其次是用于子午线载重轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎性和抗崩花性,其用量较少,一般为10~15

5、份.从图l可以看出,为了进一步降低轮胎的滚动阻力,除了加大胎面胶中自炭黑的用量以外,还应当在轮胎的其他部位采用白炭黑.二,白炭黑在配方中的用量1.轿车轮胎胎面最初的"绿色"轮胎是将高分散性白炭黑,溶聚丁苯胶和硅烷偶联剂并用,再加上优化的混炼工艺制成的.其滚动阻力可以降低20%以上,这意味着胎面滞后损失降低了约50%,燃料消耗至少降低3%.与此同时,这种轮胎具有优良的牵引性,但耐磨性有所降低.这种轮胎胎面胶的白炭黑用量达到80份.但是由于白炭黑的售价较高,加上因添加偶联剂和胶料加工增加的费用,使轮胎成本也显着增加,而且单独使用白炭黑

6、的轮胎耐磨性和抗静电性能不好.因此,目前在生产低滚动阻力的轮胎时,多采用炭黑和白炭黑并用的配方,以取得最佳的性能/成本效果.在文献中有许多关于在轿车轮胎中应用白炭黑的报道,例如:(1)用36份白炭黑,并掺用相当于白炭黑用量3%的巯基硅烷偶联剂,构成填料总用量为72份的填充体系,用于轿车轮胎的SBR/BR胎面胶中,其滚动阻力下降约25%,同时干,湿路面牵引性能无明显下降.(2)填充20份白炭黑和40份N339炭黑的胎面胶,若使用TESPT偶联剂(Si69),则可获得平衡硫化效果,而且轮胎滚动阻力下降9%,胎面磨耗性能的变化微乎其微.

7、(3)用白炭黑部分代替炭黑(占原炭黑用量的40%~60%),并使用偶联剂(di白炭黑用量的13.6%).试验结果表明,以充油NR/BR橡胶为主的轿车轮胎胎面,其冰面牵引力增大5%,滚动阻力下降18%,湿路面牵引力与对比轮胎的相等,胎面磨耗性能几乎没有变化.在NR/SBR/BR橡胶胎面胶研究中,发现增大白炭黑用量,并使用有机硅烷,同时减少炭黑用量,可大幅度降低60cC时的tan8.北京橡胶工业研究设计院曾对国外多种类型和规格轮胎的胎面胶进行剖析,欧洲市场195/65R15高性能轿车轮胎胎面胶的主要性能和配方特征见表1.从表1中可以看

8、出:胎面胶在6ocC时的tan8与白炭黑的用量相关,即白炭黑的用量越多,60cC时的tan8越低,也就是滚动阻力越低.目前,白炭黑在轿车轮胎胎面中的用量最多为65份.硅烷偶联剂(Si69)是在白炭黑配方中最常用的偶联剂,为了使其更好分散,通常以称之