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新達化工為您介紹白炭黑在天然橡膠中的工藝運用

雙擊自動滾屏 發布時間:2016/4/26 閱讀:1646次 【字體:

納米填料在橡膠基體中的分散性對膠料的綜合性能具有決定性的影響,有效提高納米粒子在橡膠中的分散性,是開發高性能輪胎膠料的關鍵。環氧化天然橡膠(ENR)是天然橡膠(NR)經環氧化改性后的產品,本工作在不使用任何偶聯劑的條件下,在ENR中添加納米二氧化硅(白炭黑),通過ENR分子鏈上的環氧基團與白炭黑表面硅羥基的相互作用力(氫鍵或是化學鍵),抑制白炭黑的團聚,使白炭黑均相分散在橡膠基體中,以提高膠料的性能。

 

研究在不使用任何偶聯劑的條件下,白炭黑在環氧化天然橡膠(ENR)中的應用。白炭黑在天然橡膠(NR)中會發生明顯的團聚,而在ENR中的團聚情況可得到明顯改善,且ENR的環氧化程度越高,白炭黑的分散性越好。ENR白炭黑膠料表現出良好的抗濕滑性能和較低的滾動阻力,白炭黑用量大于20份時,ENR/白炭黑膠料的壓縮生熱明顯低于NR/炭黑膠料。

 

白炭黑在NR膠料中發生了明顯的團聚,當白炭黑用量大于20份時膠料中出現了大量的聚集塊。這是由于白炭黑具有非常大的表面能,粒子表面含有大量的硅羥基,在不使用任何偶聯劑的情況下,白炭黑在NR中的分散性較差。而在ENR膠料中,由于NR分子鏈中引入環氧基團,白炭黑的團聚情況得到明顯改善,白炭黑在ENR基體中呈均相分布,而且ENR40膠料中的白炭黑分散情況優于ENR25膠料,說明ENR環氧基團的含量越高,白炭黑在ENR中的分散性越好。

 

 動態力學性能分析

NR分子鏈中部分雙鍵環氧化改性后,分子鏈柔性降低,玻璃化溫度(Tg)升高。不添加白炭黑的NR和ENR的膠料損耗因子(tanδ)。  膠料0 ℃時的tanδ隨著ENR環氧化改性程度的提高而增大,表明膠料動態滯后損失變大,抗濕滑性能提高。ENR25和ENR40膠料0 ℃時的tanδ(表征抗濕滑性)大于NR膠料,60 ℃時的tanδ(表征滾動阻力)小于NR,表明其抗濕滑性能和滾動阻力同時得到改善。   

 白炭黑加入后,ENR40膠料的抗濕滑性能均優于NR膠料,ENR25的滾動阻力小于NR膠料;白炭黑用量為20份時,ENR40膠料的滾動阻力與NR膠料相當,而當白炭橡膠環氧化程度提高,膠料的壓縮生熱升高,這是由于NR分子鏈上含有大量的雙鍵,分子鏈的柔順性好,分子鏈間摩擦內耗較低;隨著橡膠分子鏈上的雙鍵被改性成環氧基團后,分子鏈的柔順性降低,分子鏈間的摩擦內耗升高,因此膠料生熱性隨橡膠環氧化程度提高而升高。

隨著白炭黑的加入,在動態應力-應變條件下,膠料的橡膠大分子鏈之間、橡膠分子鏈與填料粒子之間、填料粒子之間的相對運動不同步,由于橡膠分子鏈之間的摩擦屬于微小的結構間摩擦,填料粒子之間的摩擦至少屬于納米級顆粒摩擦,相對而言,填料的加入使得摩擦更加劇烈,從而導致膠料整體動態生熱大幅提高。填料對膠料動態性能的影響主要來自以下2個方面:填料與橡膠分子之間的接觸界面和填料用量。一般來說,填料粒徑越小,其比表面積越大,表面能也就越大,越易發生團聚以降低表面能,填料團聚后越難分散,分散性越差,膠料的動態性能越不好,生熱越大,在使用過程中制品內部越容易被高溫燒蝕破壞;填料用量越大,填料粒子與橡膠分子之間的摩擦部位越多,動態生熱越大。

 

   隨著白炭黑用量增大,NR/白炭黑膠料壓縮生熱迅速增大,這是由于白炭黑在NR膠料中發生了嚴重的團聚,在動態作用下,填料之間的摩擦占據主導地位。白炭黑用量為20份時,NR膠料生熱大于ENR25膠料,低于ENR40膠料;在不使用任何偶聯劑的條件下,白炭黑在NR基體中發生明顯的團聚,而在NR分子鏈中引入環氧基團,白炭黑的團聚情況得到了明顯的抑制,且環氧基團的含量越高,白炭黑的分散性越好。ENR/白炭黑膠料具有良好的抗濕滑性能和較低的滾動阻力;在白炭黑用量大于20份后,ENR/白炭黑膠料的壓縮生熱明顯低于NR/白炭黑膠料,這對于高性能綠色輪胎具有重要意義。

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