陳新中 (山東耐斯特炭黑有限公司，山東 東營(yíng) 257506)
1? 前? 言
NC8515炭黑是一種高結(jié)構(gòu)中等比表面積和粒 徑的高耐磨炭黑，它能賦予橡膠更好的耐磨性能 和較低的生熱性，其耐磨性能與 N234 相當(dāng)，但其 生熱性與N351相當(dāng)，是一種可以取代N234炭黑， 但性能優(yōu)于 N234 炭黑的新炭黑品種，主要應(yīng)用于 全鋼子午線輪胎和半鋼子午線輪胎的胎面、需要 高耐磨及低生熱的傳送帶、輸送帶行業(yè)。本文主 要從橡膠基本配方研究NC8515炭黑的性能，并采 用半鋼子午線輪胎的實(shí)驗(yàn)配方進(jìn)行論證，從而研 究此炭黑品種的性能及對(duì)橡膠性能的影響。
2? 實(shí)驗(yàn)部分
2.1? 實(shí)驗(yàn)所需材料：
天然橡膠：泰國(guó)1# 煙片膠
氧化鋅：天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)
硬酯酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司
硫磺粉：山東單縣尚舜化工有限公司
促進(jìn)劑 DZ：山東單縣尚舜化工有限公司
N234 炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品
NI34 炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品
NC8515 炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品
N375 炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品
2.2? 實(shí)驗(yàn)所需儀器
拉力機(jī)：上海嘉杰試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)
DIN 磨耗機(jī)：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)
阿克隆磨耗機(jī)：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)
氮吸附比表面積分析儀：美國(guó)麥克公司產(chǎn)品
吸油計(jì)：德國(guó)布拉本特公司產(chǎn)品
壓縮吸油機(jī)：青島潤(rùn)福德機(jī)械公司生產(chǎn)
萬(wàn)分之一天平：梅特勒·托利多
紅外水份測(cè)定儀：梅特勒·托利多
著色強(qiáng)度儀：美國(guó) HunterAlab 產(chǎn)品
硫化機(jī)：上?；瘷C(jī)廠
煉膠機(jī)：上?；瘷C(jī)廠
烘箱：上?；瘷C(jī)廠
振蕩機(jī)：上海化機(jī)廠
門尼硫變儀：阿爾法特公司生產(chǎn)
老化箱：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司
2.3? 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)配方及實(shí)驗(yàn)條件如下
實(shí)驗(yàn) 1 以橡膠標(biāo)準(zhǔn)配方作為依據(jù)，通過(guò)對(duì)比 NC8515、N134、N234、N375炭黑及其混煉膠的拉 伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、100%定伸應(yīng)力、300%定伸 應(yīng)力和 DIN 磨耗數(shù)據(jù)，分析對(duì)比 NC8515 炭黑與 N134、N234及N375炭黑對(duì)橡膠性能的影響，來(lái)評(píng) 價(jià) NC8515 炭黑的優(yōu)缺點(diǎn);實(shí)驗(yàn) 2 采用半鋼子午線 輪胎工業(yè)配方，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小配合實(shí)驗(yàn)，研究 NC8515 炭黑應(yīng)用于胎面膠配方中性能。
3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論
3.1? 各品種炭黑的分析數(shù)據(jù)
按照炭黑的分析方法對(duì)表征炭黑性能的幾個(gè) 指標(biāo)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如表 1.
小結(jié)：由上表可以看出，相對(duì)于N134和N234 炭黑來(lái)說(shuō)，NC8515 炭黑的粒徑較大，比表面積較 低，結(jié)構(gòu)較高，但相對(duì)于N375來(lái)說(shuō)，NC8515炭黑 的粒徑與N375相當(dāng)，結(jié)構(gòu)更高。在表面殘油方面， NC8515 表面的殘油較多，其表面活性較強(qiáng)。
3.2? 橡膠標(biāo)準(zhǔn)配方實(shí)驗(yàn)物性分析
研究輪胎標(biāo)準(zhǔn)配方中各炭黑對(duì)膠料性能的影 響，我們分析了膠料的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、 100% 定伸應(yīng)力、300% 定伸應(yīng)力、膠料比重、DIN 磨耗指數(shù)，其分析結(jié)果如表 2.
小結(jié)：
Ⅰ .NC8515 因其具有較高的 100% 定伸應(yīng)力和 300% 定伸應(yīng)力，因此其拉斷伸長(zhǎng)率較低。
Ⅱ .NC8515 的 300% 定伸和 100% 定伸應(yīng)力在 此四種炭黑中最高，其DIN磨耗指數(shù)也最高，因此 DIN 磨耗與膠料的定伸應(yīng)力具有正相關(guān)性。
Ⅲ .DIN 磨耗指數(shù)與膠料的拉伸強(qiáng)度相關(guān)性不 強(qiáng)。 Ⅳ .DIN 磨耗指數(shù)越高，耐磨性越好。
3.3? 工業(yè)配方小配合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論
工業(yè)配方的小配合實(shí)驗(yàn)我們?cè)谙嚓P(guān)的配方及 工藝條件下，用等量的 NC8515 炭黑替代 N234 炭 黑，分析兩種炭黑的混煉膠及混煉膠硫化膠的門 尼、硫變、焦燒、老化性能，耐撕裂性能、變形及 磨耗指數(shù)，對(duì)比性能的變化，為工業(yè)化實(shí)驗(yàn)尋求替 代依據(jù)。
3.3.1 兩種硫化條件下硫變儀測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比
小結(jié)：從表3和表4可以看出，硫變性能中ML、 MH兩種炭黑沒(méi)有明顯差異，硫化時(shí)間方面兩種炭 黑相差不大，表征正硫化時(shí)間的T90雖有差異，但 差異在可以接受的范圍內(nèi)。
3.3.2 研究?jī)煞N炭黑補(bǔ)強(qiáng)的膠料門尼及焦燒，其 數(shù)據(jù)列于表5
由上表可以看出：用 N234 炭黑填充的膠料門 尼粘度比用 NC8515 炭黑填充的膠料高 2 度，焦燒 時(shí)間是用NC8515炭黑填充的膠料更長(zhǎng)，加工安全 性更佳。
3.3.3 研究在硫化溫度為 150℃條件下硫化不同 時(shí)間，兩種不同炭黑的小配合實(shí)驗(yàn)，膠料的各項(xiàng) 物理性能對(duì)比如表6、表7、表8。
由上表可以看出：對(duì)應(yīng)于NC8515炭黑填充的 硫化膠和 N234 炭黑填充的硫化膠，膠料的硬度 N234 炭黑填充的硫化膠老化前高 4 度，老化后相 當(dāng)，老化前后兩種炭黑填充的硫化膠拉伸強(qiáng)度和 定伸應(yīng)力無(wú)明顯變化撕裂強(qiáng)度也未見明顯變化， 但用NC8515填充的硫化膠的永久變形老化前后均 優(yōu)于用 N234 炭黑填充的硫化膠。
小結(jié)：由上表可以看出，在硫化溫度為150℃， 硫化時(shí)間為 18min 時(shí)分析兩種炭黑填充的硫化膠 老化前后性能，膠料的硬度 N234 炭黑填充的硫化 膠比 NC8515 炭黑填充的硫化膠均高 2-3;老化前 后的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及100%定伸應(yīng)力、200%定 伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力均無(wú)明顯變化;撕裂強(qiáng)度 表現(xiàn)一致，永久變形及磨耗量、DIN 磨耗指數(shù)相 當(dāng)，表明兩種炭黑的耐磨性相當(dāng)，壓縮生熱方面， 用NC8515炭黑填充的硫化膠壓縮溫升老化前后均 比 N234 炭黑填充的硫化膠低 5℃，表明此種炭黑 的耐磨性優(yōu)異，生熱降低。
小結(jié)：由上表可以看出，在硫化溫度為150℃， 硫化時(shí)間為30min時(shí)，分析兩種炭黑填充的硫化膠 老化前后性能，膠料的硬度老化后具有上升趨勢(shì)， 拉伸強(qiáng)度老化后比老化前略有下降，同時(shí) NC8515 炭黑填充的硫化膠拉伸強(qiáng)度與N234炭黑填充的硫 化膠拉伸強(qiáng)度老化前后均低約 1.0Mpa，伸長(zhǎng)率兩 種膠料差異不明顯，但兩種炭黑填充的膠料老化 后伸長(zhǎng)率比老化前均有明顯下降，定伸應(yīng)力兩種 膠料無(wú)明顯差距，永久變形方面，用 NC8515 炭黑 填充的膠料明顯低于用 N234 炭黑填充的膠料，主 要原因應(yīng)該是NC8515炭黑的高結(jié)構(gòu)所致，撕裂強(qiáng) 度方面兩種硫化膠無(wú)明顯差異。
4? 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
● NC8515炭黑化學(xué)性能類似于N300系炭黑， 其粒徑類似于 N375，結(jié)構(gòu)類似于 N343，是一種高 結(jié)構(gòu)中等粒徑的非標(biāo)準(zhǔn)炭黑。
●對(duì)比用橡膠的標(biāo)準(zhǔn)配方混煉的膠料性能， 用 NC8515 炭黑填充的膠料與 N134、N234、N375炭黑填充的膠料，在100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng) 力上均明顯偏高，相差約 1Mpa，伸長(zhǎng)率略低，但 DIN 耐磨指數(shù)方面，NC8515 炭黑最高，與 N134 炭 黑相近，明顯高于N234炭黑和N375炭黑，此應(yīng)該 與該炭黑具有較高的結(jié)構(gòu)和高的定伸應(yīng)力有關(guān)。
●對(duì)比工業(yè)化小配合實(shí)驗(yàn)配方，用NC8515炭 黑填充的膠料與 N234 炭黑填充的膠料性能，硫化 時(shí)間為11min和30min，老化前后表現(xiàn)的趨勢(shì)相同， 兩種膠料的性能沒(méi)有明顯差異，但在永久變形方 面，NC8515填充的膠料明顯好于N234炭黑填充的 膠料，分析原因應(yīng)是NC8515炭黑具有較高的結(jié)構(gòu)， 其膠料的彈性好，變形低，在壓縮溫升方面，用 NC8515填充的膠料老化前后壓縮溫升明顯低于用 N234炭黑填充的膠料，平均降低幅度達(dá)到50C，表 明 NC8515 炭黑的壓縮生熱低，但 DIN 磨耗兩者的 膠料表現(xiàn)相當(dāng)。
●綜上所述：NC8515 炭黑在工業(yè)化配方中完 全可以等量替代 N234 炭黑，且其膠料的性能得到 了很大提高，不僅其耐磨性相當(dāng)，其壓縮生熱明顯 降低，這是目前輪胎行業(yè)追求的目標(biāo)。
