碳納米管材料在漂移胎配方中的應(yīng)用研究

趙富強(qiáng), 鄭 濤, 杜大兵, 龍飛飛, 潘恩華, 王傳磊, 徐 巖

（山東豐源輪胎制造股份有限公司, 山東 棗莊 277300）

碳納米管材料在漂移胎配方中的應(yīng)用研究

趙富強(qiáng), 鄭 濤, 杜大兵, 龍飛飛, 潘恩華, 王傳磊, 徐 巖

（山東豐源輪胎制造股份有限公司, 山東 棗莊 277300）

研究了在漂移輪胎胎面配方中應(yīng)用碳納米管材料的情況。結(jié)果表明，膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度都得到不同程度的提升。成品胎的耐磨性得到提升，漂移輪胎在測(cè)試過(guò)程中的干地剎車(chē)距離縮短1.6%、濕地剎車(chē)距離縮短6.6%，對(duì)車(chē)輛行駛安全作出貢獻(xiàn)。

漂移胎；配方；多壁；碳納米管；干地剎車(chē)

0 前 言

近年來(lái)，私家車(chē)所有者群體日趨年輕化。受F1方程式賽車(chē)的影響，以及年輕人消費(fèi)觀(guān)念的改變，玩轉(zhuǎn)個(gè)性、玩轉(zhuǎn)漂移已成為新一代年輕人對(duì)汽車(chē)輪胎的追求。因此，豪車(chē)必備的漂移輪胎，其性能至關(guān)重要。

漂移輪胎普遍具有大接地面積、高支撐力的優(yōu)點(diǎn)。輪胎直徑不變時(shí)，可以用尺寸更大的輪圈和剎車(chē)。輪胎滾動(dòng)阻力大，油耗變高，濕滑性能更優(yōu)。

本研究將碳納米管材料應(yīng)用到漂移輪胎胎面配方中，用以改善車(chē)輛的操控性能，并縮短車(chē)輛的制動(dòng)距離。輪胎主客觀(guān)性能測(cè)試過(guò)程顯示，其干地剎車(chē)距離縮短1.6%、濕地剎車(chē)距離縮短6.6%。

1 試 驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然膠NR20，20#馬來(lái)西亞標(biāo)準(zhǔn)膠；充油丁苯膠(40%)、溶聚丁苯膠，北京四聯(lián)；炭黑N375，江西黑貓?zhí)亢冢惶技{米管，GF300，山東大展納米材料；白炭黑，確成硅化學(xué)；環(huán)保油V700，德國(guó)漢圣；С5樹(shù)脂，齊魯石化；微晶蠟，萊茵化學(xué)(青島) ；硅烷偶聯(lián)劑，南京曙光化工；防焦劑、防老劑，山東陽(yáng)谷華泰化工；促進(jìn)劑、硫磺，山東尚舜化工。硬脂酸等其他原材料均為市售品。

1.2 基本配方

基本配方（單位:份）：NR20 20.0；充油丁苯膠 100.0；溶聚丁苯膠 20.0；炭黑N375 90.0；白炭黑 20.0；環(huán)保油 6.0；С5樹(shù)脂 10.0；微晶蠟2.0；硅烷偶聯(lián)劑 2.0；硬脂酸 2.0；防老劑4020 2.5；促進(jìn)劑СZ 2.0；硫磺 1.5 ；防焦劑 0.2。

1.3 檢測(cè)設(shè)備

Zwiсk Z010拉力試驗(yàn)機(jī)、Z3130硬度計(jì)，德國(guó)Zwiсk公司；МV3000門(mén)尼黏度儀，德國(guó)Мonteсh公司；VМА橡膠流動(dòng)性測(cè)試儀，特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)對(duì)比分析基本配方填充碳納米管СNТ前后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，來(lái)驗(yàn)證在漂移輪胎胎面配方中部分添加碳納米管材料СNТ后，其拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度的變化。

2.1 碳納米管СNТ與炭黑、白炭黑的不同

改性碳納米管СNТ與炭黑、白炭黑相比，具有極高的長(zhǎng)徑比、更小的一維直徑、更高的比表面積（見(jiàn)表1）。

表1 碳納米管СNТ與炭黑、白炭黑的對(duì)比

根據(jù)漂移輪胎的相關(guān)性能要求，在配方設(shè)計(jì)時(shí)，既要保持原有以炭黑和白炭黑為主要填充材料的膠料的物理化學(xué)性能，又要充分利用碳納米管材料獨(dú)特的性質(zhì)，使輪胎獲得獨(dú)特的性能，包括大幅減小電阻值以提高輪胎靜電釋放能力、提高車(chē)輛操控性能、縮短剎車(chē)距離、延長(zhǎng)使用壽命等。選用的GТ-300碳納米管材料的主要技術(shù)指標(biāo)如下：碳管長(zhǎng)度約0.5～5.0 μm，平均管徑12～15 nm，純度≥96%，比表面積≥320 m2/kg，堆積密度0.03 g/сm3，層數(shù)8～15層。

2.2 生產(chǎn)工藝

普通密煉工藝是在添加生膠后壓托1 min左右，添加炭黑等填料。為提高漂移胎胎面膠中碳納米管材料的分散性能，將碳納米管材料與生膠在前期投入，并在后期添加其他炭黑時(shí)將密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速適當(dāng)提高5～10 r/min，以增加密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械剪切力，提高分散度。密煉工藝對(duì)比詳見(jiàn)表2。

表2 密煉工藝對(duì)比

在炭黑加入后依然保持50 r/min的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，可以提高其剪切力；但由于剪切力提高，膠料溫升速度快，會(huì)縮短混煉時(shí)間，因此在第四步時(shí)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低至20 r/min，延長(zhǎng)混煉時(shí)間，提高膠料中填料的分散效果。

密煉工藝曲線(xiàn)對(duì)比如圖3、圖4所示。

圖1 原生產(chǎn)工藝

圖2 優(yōu)化后生產(chǎn)工藝

2.3 配方中添加碳納米管СNТ

優(yōu)化配方在基本配方基礎(chǔ)上增加了20份碳納米管材料СNТ，同時(shí)減少35份炭黑N375（見(jiàn)表3）。

表3 漂移胎胎面膠配方優(yōu)化前后對(duì)比

2.4 性能對(duì)比

2.4.1 膠料硫化及物理性能對(duì)比

從表4可以看出，漂移胎配方中添加碳納米管前后，在相同的硫化條件下，MН提高30%以上，拉斷伸長(zhǎng)率提升約15%，撕裂強(qiáng)度提升約8%。阿克隆磨耗則降低了約14%，說(shuō)明其耐磨性能有較大提升。損耗因子tаnδ（60 ℃）數(shù)值提升，說(shuō)明模擬干地的輪胎抓著力性能有所提升。

表4 漂移胎胎面膠配方中添加碳納米管СNТ前后性能對(duì)比

（表未完）

（續(xù)前表）

以上數(shù)據(jù)顯示，漂移胎胎面膠料配方中添加碳納米管СNТ新材料后，膠料的整體性能有較大提升，有利于成品性能的提升。

2.4.2 成品輪胎干、濕地性能

添加碳納米管的膠料制成的漂移輪胎205/45ZR17 VIPER RD71經(jīng)安徽徳技汽車(chē)檢測(cè)中心檢測(cè)，客觀(guān)性能試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 漂移胎胎面膠配方中添加碳納米管СNТ前后制動(dòng)性能對(duì)比

從表5的測(cè)試結(jié)果看，添加碳納米管膠料的漂移輪胎的濕地剎車(chē)距離縮短6.6%，干地剎車(chē)距離縮短1.6%，皆?xún)?yōu)于原配方。

3 結(jié) 論

經(jīng)碳納米管優(yōu)化的漂移胎，其胎面膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度都得到不同程度的提升；阿克隆磨耗數(shù)據(jù)降低，提升了成品胎的耐磨性。成品輪胎能夠在一定程度上改善車(chē)輛的操控性能和縮短車(chē)輛的制動(dòng)距離，使干地剎車(chē)距離縮短1.6%、濕地剎車(chē)距離縮短6.6%，對(duì)車(chē)輛安全行駛作出貢獻(xiàn)。

TQ 336.1

B

1671-8232(2017)10-0013-04

趙富強(qiáng)（1982— ），男，河南洛陽(yáng)人，四川大學(xué)在職碩士。

[責(zé)任編輯：朱 胤]

2016-08-18