炭黑對橡膠耐熱老化性能的影響

柴克鵬，沈惠玲

（1.天津科技大學材料科學與化工學院，天津 300222；2.銀川佳通輪胎有限公司，寧夏 銀川 750011）

炭黑是目前橡膠工業中用量最大的補強劑。炭黑粒徑越小，它與橡膠分子的接觸面越大，補強作用也越大。小粒徑炭黑能在橡膠中形成均勻、致密的橡膠-炭黑網絡，賦予硫化膠較高的強伸性能和耐磨性能，但其混煉時難于分散，膠料生熱也大；大粒徑炭黑在橡膠中易分散，但形成的炭黑-橡膠網絡稀疏，加之粒徑分布較寬而導致網絡不均勻，致使硫化膠的物理性能較低。添加的炭黑粒徑不同，硫化膠的耐熱老化性能差異也較大。本工作主要研究炭黑品種對橡膠耐熱老化性能的影響，并將不同種品種炭黑并用以改善硫化膠的耐熱老化性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SIR20，印度尼西亞產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500E，中國石油蘭州石化公司產品；氧化鋅，山東海化金鐘鋅業有限公司產品；硬脂酸，張家港泰柯棕化有限公司產品；炭黑N220，N330，N375和N660，韓城黑貓炭黑有限責任公司產品；炭黑N326，龍星化工股份有限公司產品；炭黑N234和N550，卡博特化工（天津）有限公司產品。

1.2 試驗配方

（1）炭黑單用試驗配方：NR，100；炭黑（變品種），40；氧化鋅，5；硬脂酸，3；芳烴油，3；促進劑DM，1.1；硫黃，3。

（2）炭黑并用試驗配方見表1。

表1 炭黑并用試驗配方 份

1.3 主要設備與儀器

1.45 L密煉機，德國克虜伯公司產品；XK-160型開煉機，廣東湛江橡膠機械廠產品；GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；T-10型電子拉力機和2000型無轉子硫化儀，美國孟山都公司產品；M200型門尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產品。

1.4 混煉工藝

1.5 性能測試

膠料性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 炭黑單用

炭黑單用的小配合試驗結果見表2。從表2可以看出：在結構相同的條件下，隨著炭黑粒徑增大，膠料的門尼粘度減小，強伸性能降低，但炭黑N375和N234屬于高結構炭黑，炭黑N375膠料的門尼粘度最高，炭黑N234膠料的門尼粘度略高于炭黑N220膠料，低結構炭黑N326膠料的門尼粘度低于炭黑N550膠料；炭黑N660膠料老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率最小，耐熱老化性能最好，炭黑N550膠料的耐熱老化性能僅次于炭黑N660膠料；低結構炭黑N326膠料的耐熱老化性能較差，炭黑N234膠料的耐熱老化性能略好于炭黑N326膠料。

表2 不同品種炭黑膠料的性能對比

綜上所述，在炭黑結構相同的條件下，隨著炭黑粒徑增大，膠料的門尼粘度減小，強伸性能下降，老化后拉伸強度下降率及拉斷伸長下降率呈減小趨勢，耐熱老化性能有所提高。

2.2 炭黑并用

2.2.1 小配合試驗

根據炭黑單用時膠料強伸性能和耐熱老化性能變化情況，進行炭黑并用配合試驗。炭黑并用的小配合試驗結果見表3。

表3 炭黑并用的小配合試驗結果

從表3可以看出：2#~5#配方膠料老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率總體比1#配方膠料小，說明炭黑N330/N660并用的膠料耐熱老化性能優于單用炭黑N330的膠料；3#配方膠料的拉伸強度大于4#和5#配方膠料，壓縮生熱略高于4#和5#配方膠料，低于2#配方膠料。3#配方膠料的綜合性能較好，選取1#和3#配方進行大配合試驗。

2.2.2 大配合試驗

1#和3#配方的大配合試驗結果見表4。

從表4可以看出：與1#配方膠料相比，3#配方膠料的拉伸強度略低，壓縮生熱略高，但老化后拉伸強度下降率及拉斷伸長下降率較小，與小配合試驗中炭黑N330/N660并用膠料耐熱老化性能比單用炭黑N330膠料好的結論一致，證實了通過并用耐熱老化性能好的炭黑可以改善膠料的耐熱老化性能。

表4 大配合試驗結果

3 結論

（1）在炭黑結構相同時，隨著炭黑粒徑增大，膠料的門尼粘度減小，強伸性能降低，老化后拉伸強度下降率及拉斷伸長下降率呈減小趨勢，耐熱老化性能有所改善。

（2）通過并用耐熱老化性能好的炭黑可以改善膠料的耐熱老化性能。