David Jividen1,Harvey Kaufman2(1·Western Reserve Chemical Corp.,Stow,Ohio;2·Polymer Process Technologies,Akron,Ohio)
眾所周知,在輪胎胎面膠中使用白炭黑和偶聯劑可以改善輪胎的性能,即滾動阻力、磨耗和牽引性能。但是這種膠料的加工很困難也是眾所周知的。這些困難部分來源于白炭黑粒子間強烈的相互作用。硅烷偶聯劑可以有效地降低填料與填料之間的相互作用,促進聚合物與填料的相互作用。
PPT-HDI是一種有效的廉價分散劑,它能極大地提高混煉效率,可以使偶聯劑在用量很低的情況下便能有效降低填料與填料之間的相互作用。
1 實驗
本研究中選用典型添加白炭黑的轎車輪胎胎面膠(膠料配方見表1),混煉采用常規的二段密煉工藝。
試驗膠料硫化至硫變儀測量的正硫化點(t90),硫化膠性能采用工業上通常應用的方法來測定。
2 混煉
一種有效的分散劑將減少混煉過程中的能量消耗并能夠使填料快速地混入。功率消耗測量結果(見表2)表明,添加分散劑可以降低功率消耗和膠料溫度。
加與不加分散劑的膠料混煉功率曲線表明,隨著白炭黑、偶聯劑和分散劑的加入,功率消耗量立即急劇增大,爾后又迅速降低。當白炭黑與偶聯劑單獨加入時卻看不到明顯的波峰。這種差異被認為是由于分散劑迅速打碎了白炭黑附集體的結果。波峰的比較也表明加入分散劑后白炭黑的混入加快了。
3 流變性能
硫化儀數據(見表3)表明了含有分散劑的混煉膠具有較低轉矩值,轉矩值較低通常表明填料與填料之間的相互作用較弱。
4 硫化性能
分散劑對硫化速度有輕微的延遲作用,從而導致硫化膠物理性能降低(見表4)。沒有試圖為本研究調節硫化速度或硫化程度,這個問題將留給配方設計人員。應注意,作為公認的衡量聚合物與填料間相互作用的300%和100%定伸應力的比值沒有改變。補強指數保持率表明,提高促進劑和/或硫化劑用量可在合適的硫化速度下使硫化膠物理性能得到恢復。
5 動態性能
加與未加分散劑膠料的彈性模量測量結果表明,加入分散劑膠料的彈性模量較低(見圖1)。彈性模量低表明填料與填料間的相互作用較弱,也就是說填料粒子得到了較好的分散。彈性模量低也可以反映出膠料比較容易加工以及改善了擠出型膠的尺寸穩定性。
加入分散劑還可以降低損耗模量(見圖2)。損耗模量是填充劑網絡破壞和重新形成的一個量度。由于膠料粘度低,而白炭黑粒子具有較高的擴散速度,硫化過程中填料有可能發生再附聚。對于加入分散劑的混煉膠來說,損耗模量低可能歸因于硫化過程中分散劑具有降低白炭黑粒子擴散速度和再附聚的能力。
6 除靜電作用
填加白炭黑的膠料中容易產生靜電積累,靜電積累部分是由于白炭黑本身的絕緣性所致。白炭黑粒子表面上的偶聯劑使它們的導電性進一步降低。了解了分散劑的特性才知道,分散劑有可能通過提高膠料的導電性來有效地減少靜電積累。為了檢驗這種可能性,按照“聯邦政府試驗方法4046”使用靜電衰減儀測試了含有和不含有分散劑硫化膠的抗靜電性能。含有分散劑樣品的靜電荷快速地消散。通過加與不加分散劑的膠料表面電荷消散時間對比可知,在相對濕度為11·7%的條件下,不含HDI(A)和含3份HDI(B)的樣品,表面感應+5 000和-5 000 V電荷消散的時間分別為:樣品A:正電荷 210 s,負電荷 136s;樣品B:正電荷 131 s,負電荷 102 s。分散劑在本試驗條件下提高靜電荷消散的能力和在輪胎上實用時的相關性還待測定。
7 結語
研究了一種極性材料對膠料中白炭黑分散性的影響。對填充劑分散性和加工性能改進的積極作用表明,值得對其在輪胎試驗中進行進一步評價。在高填充量白炭黑的膠料中它對消除靜電是非常有效的。
(王宇翔摘譯 涂學忠校)
譯自美國“Rubber Division 156th TechnicalMeeting”,Paper No.36
