白炭黑在天然橡膠中的應(yīng)用
- 發(fā)布時(shí)間:2022-08-30
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納米填料在橡膠基體中的分散性對(duì)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(kāi)發(fā)高性能輪胎膠料的關(guān)鍵。環(huán)氧化天然橡膠(ENR)是天然橡膠(NR)經(jīng)環(huán)氧化改性后的產(chǎn)品,在不使用任何偶聯(lián)劑的條件下,在ENR中添加納米二氧化硅(白炭黑),通過(guò)ENR分子鏈上的環(huán)氧基團(tuán)與白炭黑表面硅羥基的相互作用力(氫鍵或是化學(xué)鍵),抑制白炭黑的團(tuán)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(lián)劑的條件下,白炭黑廠家在環(huán)氧化天然橡膠(ENR)中的應(yīng)用。白炭黑在天然橡膠(NR)中會(huì)發(fā)生明顯的團(tuán)聚,而在ENR中的團(tuán)聚情況可得到明顯改善,且ENR的環(huán)氧化程度越高,白炭黑的分散性越好。ENR白炭黑膠料表現(xiàn)出良好的抗?jié)窕阅芎洼^低的滾動(dòng)阻力,白炭黑用量大于20份時(shí),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(fā)生了明顯的團(tuán)聚,當(dāng)白炭黑廠家用量大于20份時(shí)膠料中出現(xiàn)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(lián)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(huán)氧基團(tuán),白炭黑的團(tuán)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(yōu)于ENR25膠料,說(shuō)明ENR環(huán)氧基團(tuán)的含量越高,白炭黑在ENR中的分散性越好。
動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析
NR分子鏈中部分雙鍵環(huán)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(shí)的tanδ隨著ENR環(huán)氧化改性程度的提高而增大,表明膠料動(dòng)態(tài)滯后損失變大,抗?jié)窕阅芴岣?。ENR25和ENR40膠料0 ℃時(shí)的tanδ(表征抗?jié)窕?大于NR膠料,60℃時(shí)的tanδ(表征滾動(dòng)阻力)小于NR,表明其抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力同時(shí)得到改善
白炭黑加入后,ENR40膠料的抗?jié)窕阅芫鶅?yōu)于NR膠料,ENR25的滾動(dòng)阻力小于NR膠料;白炭黑用量為20份時(shí),ENR40膠料的滾動(dòng)阻力與NR膠料相當(dāng),而當(dāng)白炭橡膠環(huán)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(nèi)耗較低;隨著橡膠分子鏈上的雙鍵被改性成環(huán)氧基團(tuán)后,分子鏈的柔順性降低,分子鏈間的摩擦內(nèi)耗升高,因此膠料生熱性隨橡膠環(huán)氧化程度提高而升高。隨著白炭黑的加入,在動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)不同步,由于橡膠分子鏈之間的摩擦屬于微小的結(jié)構(gòu)間摩擦,填料粒子之間的摩擦至少屬于納米級(jí)顆粒摩擦,相對(duì)而言,填料的加入使得摩擦更加劇烈,從而導(dǎo)致膠料整體動(dòng)態(tài)生熱大幅提高。填料對(duì)膠料動(dòng)態(tài)性能的影響主要來(lái)自以下2個(gè)方面:填料與橡膠分子之間的接觸界面和填料用量。一般來(lái)說(shuō),填料粒徑越小,其比表面積越大,表面能也就越大,越易發(fā)生團(tuán)聚以降低表面能,填料團(tuán)聚后越難分散,分散性越差,膠料的動(dòng)態(tài)性能越不好,生熱越大,在使用過(guò)程中制品內(nèi)部越容易被高溫?zé)g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(dòng)態(tài)生熱越大
隨著白炭黑用量增大,NR/黑貓?zhí)亢?/strong>膠料壓縮生熱迅速增大,這是由于白炭黑在NR膠料中發(fā)生了嚴(yán)重的團(tuán)聚,在動(dòng)態(tài)作用下,填料之間的摩擦占據(jù)主導(dǎo)地位。白炭黑用量為20份時(shí),NR膠料生熱大于ENR25膠料,低于ENR40膠料;在不使用任何偶聯(lián)劑的條件下,白炭黑在NR基體中發(fā)生明顯的團(tuán)聚,而在NR分子鏈中引入環(huán)氧基團(tuán),白炭黑的團(tuán)聚情況得到了明顯的抑制,且環(huán)氧基團(tuán)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?jié)窕阅芎洼^低的滾動(dòng)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(duì)于高性能綠色輪胎具有重要意義
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