炭黑与白炭黑的特性比较、低燃费轮胎(中文)

1、炭黑与白炭黑的特性比較低燃費轮胎滚动阻力与抓地性的平衡滚动阻力与抓地性的平衡优科豪马中国技术中心优科豪马中国技术中心福井善啓福井善啓炭黑与白炭黑的特性比較炭黑与白炭黑的特性比較0.5m mm经填充剂配合后橡胶的电子显微镜下的照片经填充剂配合后橡胶的电子显微镜下的照片白碳黑白碳黑碳黑碳黑炭黒白炭黒：白炭黒：通过表面吸附的水分的氢元素间的结合使白炭黑粒子结合在一起通过表面吸附的水分的氢元素间的结合使白炭黑粒子结合在一起白炭黑共价結合：共价結合：100%100%共价結合：离子結合共价結合：离子結合5050：50%50%表面锯齿状、反应点多表面光滑、反应点少橡胶被约束、形成较大的凝胶橡胶的约束力弱、凝

2、胶小与橡胶的反应与橡胶的反应炭黑炭黑白炭黑白炭黑橡胶橡胶凝胶：強固、多橡胶凝胶：強固、多橡胶凝胶：結合弱、少橡胶凝胶：結合弱、少 PAYNE効应及填充剂间相互作用効应及填充剂间相互作用应变应变 小小应变应变 大大当产生少量变形时、填充剂的当产生少量变形时、填充剂的网络会对它的变形加以抑制网络会对它的变形加以抑制弹性模量弹性模量 大大当产生大量变形时、填充剂的网络出当产生大量变形时、填充剂的网络出现崩裂、它的变形由橡胶来支撑现崩裂、它的变形由橡胶来支撑弹弹性模量小性模量小内部构造与滞后损耗内部构造与滞后损耗白碳黑白碳黑碳黑碳黑在变形时，填充剂之间相互摩擦，在变形时，填充剂之间相互摩擦，能量损失较

3、大能量损失较大经碳黑配合的橡胶滞后损耗会经碳黑配合的橡胶滞后损耗会相应增加相应增加一般情况下、颗粒直径越小的碳黑所一般情况下、颗粒直径越小的碳黑所产生的产生的滞后损耗就越大滞后损耗就越大填充剂之间的相互作用较小、填充剂之间的相互作用较小、能量损失也较少。能量损失也较少。经白碳黑配合的橡胶经白碳黑配合的橡胶滞后损耗较少滞后损耗较少剪切模量的应变依存性剪切模量的应变依存性歪歪10.110100G*(MPa)1050碳黑碳黑(N234)白碳黑（无偶白碳黑（无偶联剂联剂） ）白碳黑（白碳黑（Si69添加）添加）A. McNeish, Functional Tire Fillers 2001, Flor

4、ida, Jan.29-31,2001.A. McNeish, Functional Tire Fillers 2001, Florida, Jan.29-31,2001.白碳黑偶联剂：白碳黑偶联剂：PAYNEPAYNE効应小効应小si69si75低燃費炭黒的开发方向低燃費炭黒的开发方向EVONIKEcorax填充剂、橡胶的网络橡胶约束力的控制橡胶约束力的控制强且柔软强且柔软碳黑投入碳黑后，为什么投入碳黑后，为什么会提高橡胶的强度？会提高橡胶的强度？拉伸后！橡胶分子碳黑被碳黑被橡胶分子紧紧的吸附橡胶分子紧紧的吸附由由電子引起的電子引起的橡胶分子的吸附橡胶分子的吸附白炭黑：既柔软又有良好弹性的球

5、白炭黑：既柔软又有良好弹性的球炭黑炭黑 ： 既硬又无弹性的球既硬又无弹性的球降低降低RRCRRC及提高及提高WETWET制動性能制動性能分散在橡胶中的白炭黑分散在橡胶中的白炭黑白炭黑凝聚体间的摩擦小，白炭黑凝聚体间的摩擦小，凝聚体间的摩擦小、能量损失减少凝聚体间的摩擦小、能量损失减少滚动阻力降低滚动阻力降低白炭黑施加的拘束小、橡胶能自由运动白炭黑施加的拘束小、橡胶能自由运动橡胶弹性大、易吸收路面的変形橡胶弹性大、易吸收路面的変形 （低温下的（低温下的EE低）低）在与路面之间、易生成溶解橡胶在与路面之间、易生成溶解橡胶在与路面之间在与路面之间、体现出高抓地力、体现出高抓地力对炭黑来讲，对炭黑来讲

6、， 凝聚体大、摩擦大凝聚体大、摩擦大 橡胶对炭黑有较大的拘束橡胶对炭黑有较大的拘束白炭黑系白炭黑系炭黑系炭黑系路面路面抓地力的原理影响摩擦力的因素影响摩擦力的因素”The Friction of Pneumatic Tyres,” Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1975橡胶的摩擦、主要有两种。橡胶的摩擦、主要有两种。 橡胶由路面間的起伏、引起振動。橡胶由路面間的起伏、引起振動。橡胶的振動引起滞后橡胶的振動引起滞后损损耗。耗。这这种种损损耗，使橡胶的运耗，使橡胶的运动动能量能量转转化化为为热热能而能而损损失掉，从而失掉，从而

7、产产生抵抗力。生抵抗力。 这这个称个称为为“ “。 。对对于滞后摩擦，一般随着于滞后摩擦，一般随着 的的增加而增加。增加而增加。橡胶分子与路面橡胶分子与路面间产间产生的摩擦生的摩擦在界面在界面产产生的粘着現象生的粘着現象tx接触面积接触面积 A Av粘结的摩擦力粘结的摩擦力 F FA A增加摩擦力的方法增加摩擦力的方法增大接触面积增大接触面积提高界面強度提高界面強度( (变形模式被剪断变形模式被剪断) )FA=As(Ludema, K. C., Tabor, D. : (Ludema, K. C., Tabor, D. : WearWear, 9, 329 (1966), 9, 329 (19

8、66)滞后摩擦力滞后摩擦力 FH增加摩擦力的方法增加摩擦力的方法変形量変形量d d0 0 大大橡胶的滞后橡胶的滞后损损失大失大2aWv F FH H = =K Kd d0 02 2E E tantand d(Moore, D. F.: ”Viscoelastic Machine Elements,” Butterworth-Heinemann Ltd., 1993)(Moore, D. F.: ”Viscoelastic Machine Elements,” Butterworth-Heinemann Ltd., 1993) 椭圆椭圆形突起的情况形突起的情况：基于：基于HertzHertz的接

9、触理論、的接触理論、F FH H = =kE kE -1/3-1/3tantand d 3232220123812/ EWER d dd d0 0polished stainless steelwavy glassclean silicone carbidedusted silicone carbide粘结的峰值粘结的峰值滞后滞后損失損失的峰值的峰值Rubber Chemistry and Technology, vol.3737, p.386 (1964)摩擦对周波数的依存性摩擦对周波数的依存性J.Eberhardsteiner, W.Fidi and W.Liederer, Kautsch

10、k Gummi Kunststoffe 51, Jahrgang, Nr.11/98ABS体系体系非非ABS体系体系ABS： ：Anti Lock Braking SystemLog (mm/s)滑移速度滑移速度-10.0 3570.20.40.60.8凝着凝着( (粘着）粘着）滞后滞后-WET1.01.21.41.6高変形速度高変形速度低変形速度低変形速度抓地力抓地力路面抓地力抓地力由什么来决定由什么来决定对路面的摩擦力对路面的摩擦力有效接地面积有效接地面积耐变形的结构耐变形的结构在淋湿的路面上容易打滑行驶速度（km/h）在时速公里在时速公里情况下、湿润路情况下、湿润路面的摩擦力仅仅面的摩擦

11、力仅仅是干燥路面的一是干燥路面的一半。半。容易打滑容易打滑滚动摩擦系数滚动摩擦系数干燥路面湿润路面低燃費轮胎的原理低燃費轮胎的原理要求強要求強能量损失能量损失滚动一周滚动一周变形一次变形一次約約10Hz轮胎的滚动阻力与摩擦力轮胎的滚动阻力与摩擦力Rubber变变形形摩擦力摩擦力V 滚动阻力滚动阻力降低贡献大的胎面胶的能量损失降低贡献大的胎面胶的能量损失（滞后损耗）（滞后损耗）因路面微少凹凸而产生变形因路面微少凹凸而产生变形103105Hz極表面的薄层被剪断極表面的薄层被剪断变形速度变形速度 快快滚动滚动阻力的阻力的50%来自于来自于轮轮胎整体的胎整体的变变形形滚动阻力的滚动阻力的50%来自于来自于胎面胶的胎面胶的变变形形0Tan比例比例60Tan比例比例根据粘根据粘弹弹性特性来控制性特性来控制轮胎性能与粘弹性特性（温度依存性）轮胎性能与粘弹性特性（温度依存性）温度()低油费性能低油费性能湿地性能冬季性能、脆性温度-60060tanE高抓地低燃費为什么在绿色轮胎里使用S-SBR？Green Tire中使用中使用S-SBR的理由的理由控制丁二控制丁二烯结烯结合的量是可能的合的量是可能的使分子末端具有反応性是可能的使分子末端具有反応性是可能的分子量分布分子量分布变变窄（均一）窄（均一）增加Vinyl的結合使Tan的温度依存性变大增加Cis結合使低温下分子的运动也变得活跃炭黒、