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.

(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,通常以称之为X50S的 剂型,即按照质量份各50%的比例和N330炭黑的

衷1欧洲市场195R15高性能轿车轮胎胎面胶的主要性能和配方特征 注:①应含丙酮能抽出的防老剂,硬脂酸等组分;②含偶联剂,促进剂中的硫.

混合物出售,Si69的用量一般为白炭黑的8%.由于 Si69价格高,性能也有不足之处,因此已经开发生 产了多种新型偶联剂,但是目前用得最多的还是 Si69.

2.载重轮胎胎面

目前,白炭黑用于载重轮胎,主要为了提高胎面 的抗刺穿能力和耐撕裂性.白炭黑特别适用于其胎 面,因不仅可减少滚动阻力,而且行驶温度低.对载

重轮胎来讲,行驶温度低或低生热是极其重要的. 白炭黑与炭黑并用可改善载重轮胎胎面的各项 使用性能.在填充60份N231炭黑的重型载重轮胎 天然橡胶胎面胶的研究中,用30份白炭黑直接代替 N231炭黑,再加入巯基硅烷偶联剂(用量为白炭黑用 量的1%,即实际用量为3份),结果提高了胎面胶的 抗割口和崩花性能.在此基础上,再增大白炭黑用 量,同时使用巯基硅烷偶联剂的试验结果表明,对生 热和胎面磨耗无不良影响.但是通常载重轮胎胎面 在使用白炭黑后,其磨耗性能会降低.基于此,目前, 白炭黑在其胎面胶料中的用量一般为15份.北京橡 胶工业研究设计院对国外多种规格的载重轮胎的胎 面胶进行剖析,结果是有些试验轮胎不用白炭黑,使 用白炭黑的轮胎一般用量为10~14份. 在另一项已完成的载重轮胎天然橡胶胎面胶 中用白炭黑部分代替炭黑的试验显示,高分散性白 炭黑和常规白炭黑相比,在提高胎面胶的耐磨性, 拉伸强度和撕裂强度方面具有明显优势,无论其用 量大小均有效.用20份白炭黑代替载重轮胎丁苯 橡胶胎面胶配方中的N234炭黑,结果滚动阻力降 低,撕裂强度提高.

据称,在天然橡胶载重轮胎胎面胶中,当以硅 烷偶联剂改性的白炭黑完全代替N220炭黑使用 时,滚动阻力减少了30%,湿路面牵引力保持不变, 胎面磨耗指数仅降低5%.

综上所述,在载重轮胎胎面胶中,如何多用白 炭黑,既实现降低滚动阻力,达到节约燃料,降低废 气排放和提高牵引性,保证行驶安全的目的,又最 低限度地降低耐磨性,延长使用寿命,还是一个需