热裂解炭黑N990在轮胎中的应用

1、第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用399热裂解炭黑N990在轮胎中的应用周伊云王名东（化工部北京橡胶工业研究设计院100039）姬锦雯罗刚朱晓光（贵州轮胎股份有限公司550008）摘要 对热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用前景进行了探讨。将非补强型热裂解炭黑N 990应用在 轮胎的胎侧、胎肩垫胶、气密层等部件中，试制了一批轮胎，并进行了耐久性能和高速性能试验。结果表 明,在轮胎中用热裂解炭黑N 990替代部分补强型炭黑，对轮胎的耐久性能和高速性能以及耐透气性能 无不良影响并能改善工艺性能，降低含胶率，且可降低气密层胶的生产成本，具有实用价值。关键词 炭黑N 990,轮胎,橡胶

2、,应用1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#热裂解炭黑 N 990为非补强型炭黑，可 赋予胶料高弹性、低生热、低透气性及耐热、 耐化学稳定性等性能，而且其混炼胶的流动 性好、半成品尺寸稳定、填充量高

3、，因此在非 轮胎制品中得到了广泛应用。由于它不能提 高硫化胶的强度和刚度，使其在轮胎中的应 用受到限制。我们以高配合量的炭黑N 990替代部分补强型炭黑在轮胎胎侧胶、胎肩垫胶和气密112试验配方在轮胎的胎肩垫胶、胎侧胶配方中以15 份炭黑N 990替代5份炭黑N 660或N 550, 在气密层胶中以 30份炭黑N 990替代5份 炭黑N 660,并试制145 80R12轮胎。基本配 方如下：胎侧胶:NR SR 100;氧化锌和硬脂酸610;软化剂 515;促进剂和硫化剂214;防老剂 215;炭黑 变量；其它 215。1994-2010 China Academic Journal Elect

4、ronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#层中进行了试验，并对热裂解炭黑在轮胎中 的应用前景进行了探讨。胎肩垫胶:NR SR 100;氧化锌和硬脂酸1210;软化剂515;促进剂和硫化剂1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#1实验111主要原材料N R，RSS3#，马来西亚产品；C IIR , H T 2 1068

5、，德国拜耳公司产品 ；BR , DJ 9000,燕山 石化公司产品；炭黑N 550,天津炭黑厂产品； 炭黑N 660,水城炭黑厂产品；炭黑N 990,加 拿大肯卡伯公司提供。作者简介周伊云，女56岁。高级工程师。1965年毕业于清华大学高分子专业。主要从事子午线轮胎配方设计 工作。主要成果有：顺丁胶攻关项目获1978年全国科技 大会特等奖；轻型载重子午线轮胎获1989年化工部科技 进步三等奖；高速轿车胎研制获1994年化工部科技进步 三等奖。通过部级鉴定项目16项,发表论文30余篇。3142;防老剂 215;炭黑 变量；其它 212。气密层:NR CIIR 30 70;氧化锌和硬脂酸 610;

6、软化剂610;促进剂和硫化剂214;炭黑 变量；其它315。113性能测试胶料的物理性能试验和轮胎的耐久性能 及高速性能试验均按有关国家标准进行测2结果与讨论211在胎侧胶中的应用在胎侧胶中用 15份炭黑N 990替代5 份炭黑N 550,含胶率下降313%。胶料的拉 伸强度和扯断伸长率略有下降，门尼粘度、定 伸应力略有上升，其它性能变化不大。投用的1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用401生产大料，因原材料产地影

7、响，拉伸强度和扯断伸长率略微偏低。试验结果见表1。表1胎侧胶并用炭黑N990的胶料物理性能项目贵阳生产胶料贵阳测试北京测试炭黑N 550504550454545炭黑N 9900150151515含胶率下降率%03130313313313门尼粘度M L (1+ 4) 100 C501052106115651146194410门尼焦烧t5（120 C） m in硫化仪数据（148 C）3943321011)291771)331071)64M h dN? m341834173419381431113014M l dN ? m91518199161015818819t10 m in7178715711

8、125101331114011115t90 m in221772316524187231172413728163硫化时间(148 C) m in203060203060203040203040203040203040邵尔A型硬度度575756575656 it .55586060 60 60535555505353扯断伸长率%585583 571566 552578600 595 590570 550 530540 500500586494521拉伸强度M Pa1915181517121712 181117191417161516161510151516111313 1410 14111511

9、 1513 1418300%定伸应力M Pa815817 812812 910812516 617 618616 716 719613 716713619 813815扯断永久变形%1312 1011 11913111012 10 811 10920 1616固特里奇压缩温升C394198 1152)9315 952)-回弹值%4546-46154510屈挠次数万次5145-30-龟裂等级0, 0, 00,1, 0-0, 0,0-屈挠50万次割口长度mm1013813-817撕裂强度kN? m- 1100 Cx 48h老化后-53134313拉伸强度M Pa16121318-扯断伸长率%413

10、320-屈挠次数万次49154915-12-龟裂等级1, 0, 00,2, 1-0,1,0-注:1）测试温度为125 C； 2）贵阳测试的为弯曲疲劳温升，疲劳次数分别为500和1 000。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#胶料混炼工艺性能好，混炼负荷和排胶 温度无差别，混炼胶的断面致密、光洁。半成 品的挤出性能好，表面光滑，边缘清晰，断面 致密性好，尺寸稳定，挤出胶温略低。成品胎的耐久性能试验运行 210h无损

11、 坏（部级鉴定标准为运行 100h无损坏），高速 性能试验破坏速度为 180km h （国家标准为 140km h），证明应用炭黑N 990对胎侧胶无 不良影响。测试结果见表2。212在胎肩垫胶中的应用在胎肩垫胶中用15份炭黑N 990替代5 份炭黑N 660,含胶率下降312%。胶料物理 性能与原配方差异不大，其中拉伸强度、扯表2145 80R12轮胎成品试验结果胎 号 项目N 6072410052N 6072410055N 6072410045配方特征胎肩N 990 N 660N 990 N 550N 990 N 550胎侧N 990 N 550N 990 N 550N 990 N 550

12、气密层 N 990 N 660N 990 N 660N 990 N 660耐久性试验实测 210h未坏210h未坏-标准100h未坏高速试验实测-170km h未坏标准通过140km h未坏1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用403断伸长率和弹性略有下降 略有提高。生产胶料中多添,定伸应力及生热 加口 015份油,其物理性能与实验室试验测得的数据相比略有提 高（见表3）。表3胎肩垫胶并用炭黑N 990的胶料物理性能

13、贵阳生产胶料项目北京实验室试验贵阳实验室试验贵阳测试北京测试炭黑N 660504550454545炭黑N 9900150151515含胶率下降率%03120312312312门尼粘度M L (1+ 4)100 C501047105113561947134110门尼焦烧t5（120 C） m in6361191681)201741)181341)27硫化仪数据（148 C）r_ M h dN? m371638144119411840143614M L dN ? m810717712814718710t10 m in1012091176150711361755120t90 m in22168III

14、2118216130161581812719158硫化时间（148C） min203060203060203040203040203040203040邵尔a型硬度度60616062626061 606060 606060 6060605658扯断伸长率%541534539527524 496510 510510520 480500440 420420497477469拉伸强度M Pa23192310 2210 2113 2312 2016 1917 191718152112 181518152110 1912 1719 2215 2111 2014300%定伸应力M Pa10181111 10

15、101017 1212 1117 1012 91791310161014 91712131117 1210 1311 1217 1216扯断永久变形%222014211813201312191313112520292319固特里奇压缩温升C1915211571 912)7215 68152)回弹值%5049491551屈挠次数万次692112龟裂等级3, 3, 43, 3, 36, 6,63, 3, 3撕裂强度kN? m- 13616100 Cx 48h老化后拉伸强度变化率%-47-41-44扯断伸长率变化率%-17-10-52屈挠次数万次9715146龟裂等级4, 3, 33,4, 4断，断

16、，断3, 3, 3撕裂强度kN ? m - 12511老化系数0169注：同表1。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#试验胶料的混炼工艺性能好，混炼胶断 面光洁度好，半成品挤出表面光滑、致密，尺 寸稳定，重量公差小。成品轮胎的耐久性能试验运行210h无损坏,高速试验破坏速度为180km h （见表2）,这表明应用 N 990炭黑对胎肩垫胶无不 良影响。213在气密层中的应用在N R CIIR并用的气密层胶料中,用

17、 30份炭黑N 990替代5份炭黑N 660,其含胶 率下降713%。胶料的拉伸强度和扯断伸长 率下降，定伸应力和硬度提高。其中，由于炭 黑添加量较大，拉伸强度的下降幅度较大（约 2M Pa）,生产胶料的拉伸强度和定伸应力略 有提高（见表4）。生产胶料的混炼工艺性能较好，填充系 数大，混入快，混炼胶的致密性和炭黑分散均 较好。存在的主要问题是当炭黑添加量增至 80份时，若不增加软化剂的用量，混炼胶会变硬,导致胶料过滤困难，滤胶温升较高，局 部胶温可达170 C。因此其软化剂用量可适 当增加12份。因为气密层对物理性能的要1994-2010 China Academic Journal Elec

18、tronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用405表4无内胎轮胎气密层并用炭黑N 990的胶料物理性能项目北京实验室试验贵阳阳实验室试验贵阳生产胶料贵卩口实验室试验贵阳测试北京测试炭黑N 660555055505050炭黑N 9900300303030含胶率下降率%0713071

19、3713713门尼粘度M L (1+ 4) 100 C511052106819741762186810门尼焦烧t5(120 C) m in242271171)61471)71921)10硫化仪数据（158 C）M h dN? m301434102613281129142811M l dN ? m6187109108109191110t10 m in318031603133313331272158t90 m in201602016029150441673410033157硫化时间(158 C) m in20306020306020304020304020304030邵尔A型硬度度54535258

20、605856565661626260 606060扯断伸长率%597537498483462418500 460430410360340330 320330336拉伸强度M Pa13101312 1310 1017 1110 1214 1210 121311199179191014 1212 1112 11191115300%定伸应力M Pa610615713715717914618 7177157168158191016 1017 10191019扯断永久变形%12111112856565522 214固特里奇压缩温升C6615611593 1022)回弹值%87屈挠50万次割口长度mm51

21、4410撕裂强度kN? m- 1100 Cx 48h老化后391036143416拉伸强度M Pa1218101010171019扯断伸长率%屈挠50万次割口474383270250长度mm317318撕裂强度kN ? m - 1361233123010老化系数0186017501800171透气率X 1091151146注：同表1第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#求较低,炭黑总量可增至 90- 100份，软化剂 用量也可适当增加,含胶率下降10%13% 以上（见表5）,可进一步改善工艺性能，降低 生产成本。投用的气密层试验胶料，其压延、成型和 硫化工艺与原生产配方相比，没

22、有任何异常 现象,成品轮胎也没有漏气现象，胶料的透气 率与原生产配方相近。214经济分析NR和CIIR的价格分别按 1143万和 2168万元？ t- 1计，对比炭黑N 990的价格分 别为 1 万，9 000, 8 300, 8 000 和 7 000 元？表6列出了各试验部件的成本与原生产 配方成本对比，其中“+ ”为提高成本，“-”为 降低成本。炭黑N 990按1万元？ t- 1计,在气密层 胶中并用30份，则可降低混炼胶成本0180元？ kg- 1,即使C IIR的价格降至211万元？ t- 1,仍然可节约成本 01487元？ kg- 1。如果 炭黑N 990用量扩大至50份,炭黑总填

23、充量 为100份时，则可降低成本116201元？ kg- 1。如果炭黑N 990的价格下降到7 000元 ? t- 1以下,其经济效益更为可观。因此,在气 密层胶中用炭黑N 990部分替代补强炭黑具 有实用价值。第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#在胎侧和胎肩配方中，由于炭黑N 990 价格较高，根据目前国内原材料价格计算，只有当其价格降至7 000元？ t- 1以下时,经济上才有意义。第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#注:1）贵阳实验室试验结果 份芳烃油和1份TKO 280。表5无内胎轮胎气密层扩大并

24、用炭黑N990试验胶料的物理性能项目配方号122)3456炭黑N 660555050455050炭黑N 99003040555050芳烃油678101112TKO 280344555含胶率下降率%07181014131113131315门尼粘度M L (1+ 4) 100 C666166616263门尼焦烧t5（125 C） m in11101091010硫化仪数据（158 C）M h dN? m241329102513241924182312M l dN ? m81711918717也口718716617t10 m in217821754J2167218221602168t90 m in32

25、100ii3210028167301173115027100硫化时间(158 C) m in203040203040203040203040203040203040邵尔A型硬度度60 6060707070676767676767676767676767扯断伸长率%530 510490330360330450430410480 410430430 400390410400400拉伸强度M Pa101011141015101110111016813815910810 813814813 811819716 811811100%定伸应力M Pa112 114113212212214118117118

26、117 211119118 119211119 118119300%定伸应力M Pa516 612613815815915615616714519 619619615 618716616 615618撕裂强度kN? m- 131103215341330153119 2912 2717 28142713 2711 25112513 2614 2711 2613 2610 2710 2518扯断永久变形%11 8810861077968754776回弹值%6 6566555155156 666 666 6515疲劳温升C93 97125 118112 10510115 8710515 104105

27、 10415屈挠30万次龟裂等级0, 0, 00,0, 00, 0, 00, 0, 00, 0,00, 0, 0100 Cx 48h老化后拉伸强度M Pa10141018 1014 10101011919817814812713 713713714 714716618 715714扯断伸长率%330 360350250260250300280260290 280290320 280280250280280老化系数015901670171 0175 01710171 0170 01650158 015501590159 0160 0164 0152 0152 0165 0164撕裂强度kN ?

28、m - 128182713281225102617 2510 2312 23102412 2115 20162014 2114 2110 1911 2115 2013 1916屈挠30万次龟裂等级0, 0, 00,0, 00, 0, 00, 0, 00, 0,00, 0, 0由于试验系统误差导致硬度结果偏高、拉伸强度结果偏低；2）2号配方比试验胎配方多加1。表6并用炭黑N990的混炼胶的成本对比元？ kg- 1C IIR价格N 990价格气密层3成本(N 660 N 990)胎侧胶成本胎肩垫胶成本50 3050 502618010100-018042-116201+ 010104+ 01067

29、29100-019543-117529+ 010199-0101348130-110594-119963-010390-0106998100-111044-210628-010643-0109407100-112545-212841-011483-0117462110010100-014870-110691注：3在气密层胶料配方中，N660 N 990= 50 30为本次试验配方；N660 N 990= 50 50为扩大应用配方(表5中6号配 方);生胶价格按1996年11月份计。? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing

30、House. All rights reserved. 第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用4073结论(1) 在轮胎的胎肩垫胶和胎侧胶中用15份炭黑N 990替代5份补强型炭黑(N 660或 N 550),胶料的物理性能与原配方相当，其中拉伸强度和扯断伸长率略有下降，定伸应力略有上升，对耐割口屈挠性能略有改善，含胶 率可下降3%以上，对成品轮胎无任何不良 影响，胶料的工艺性能良好，胶料的挤出性能 明显改善。炭黑N 990可投用于生产中，但考虑到 价格较高，只有当其价格降至7 000元？kg - 1以下时，在经济上才有意义。(2) 在无内胎轮胎的气密层中，炭黑填充 量可有较大幅

31、度的提高，用30份炭黑N 990 替代5份炭黑N 660,其物理性能有所下降， 但成品轮胎耐透气性和耐屈挠性能不受影响，其含胶率可下降 713%，成本下降018元 ? kg- 1,具有实用价值。鉴于气密层胶料在物理性能上还具有较多的剩余功能，其炭黑总量可增至90- 100份，软化剂用量也需相应增加，含胶率可望下 降10%13%。由于C IIR的价格较高，因此 胶料的生产成本将会进一步下降，具有较为 宽广的应用前景。收稿日期 1997232214第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#第7期周伊云等 1热裂解炭黑N 990在轮胎中的应用#Appl ication of Therma l Black N 990 to T ireZhouYiyu nan d W a ng M in gdo ng(Beijing Research and Design Institute of Rubber Industry 100039)J i J inwen,L uo Gang and Zhu X iaoguang(Gui