白炭黑填充轿车轮胎胎面胶性能优化

Optimizing silica-filled car tire tread performance

与传统补强炭黑相比,采用沉淀法白炭黑可改善轿车子午线轮胎胎面胶的实验室预测值。通过增大0℃下的tanδ值(0℃tanδ)可改善湿路面牵引性;减小60℃下的tanδ值可改善滚动阻力。为了保持耐磨性,白炭黑应分散至与炭黑分散度相近的程度,但尚需与双官能有机硅烷偶联剂有效地发生反应。由于欧洲轮胎标签法已经生效,要求所有轮胎都必须标明滚动阻力、湿路面牵引性和噪音级别,轮胎胎面胶使用白炭黑的情况有望进一步增多。我们通过改变4个自变量对一种典型轿车子午线轮胎(PCR)胎面胶配方进行了研究。这些自变量分别为:(1)在一段混炼分别添加SSBR和所有TDAE操作油,SSBR为充油溶聚丁苯橡胶(OE-SSBR);(2)白炭黑具有相似的CTAB表面积,但其形态不同;(3)用1.5升具有双翼切向式转子的本伯里氏密炼机和带啮合式转子的1升新密炼机进行混炼;(4)用啮合式转子密炼机混炼进行三段和四段混炼,另外用本伯里氏密炼机增加四段和五段混炼。为了评估胶料性能,对胶料硫化性能、硫化胶物理性能和动态性能进行了测定。用100倍的光学照片和放大1 000倍的扫描式电子显微镜(SEM)照片进行定量分析白炭黑(特别是>~1μm的聚集体)的分散性,因为提高分散性能可减少胎面磨耗。统计分析表明,SSBR是最重要的变量。用OE-SSBR通常会获得较高的平均值,包括M300/M100比(补强指数)、-30℃下的E′(转弯系数预测值)和0℃下的tanδ(湿路面牵引性预测值)。此外,将一段混炼OE-SSBR所得的卸料作为最初的批量胶。对于M300/M100比或分散特性,白炭黑的形态并不那么重要,但观察到配合喷雾干燥的微粒高分散性白炭黑可使一段混炼卸料温度平均降低9.3℃,这表明最佳混炼室容量因白炭黑的形态不同而异。因此,优化密炼机的填充系数对提高分散性,使产量最大化十分重要。采用啮合式转子密炼机时,M300/M100比具有定量相关系数(R2=0.965),但采用切向式转子密炼机时只有定量关系(R2=0.853)。从统计学角度看,白炭黑分散特性与4个变量之间无明显相关性。按100、500和1 000放大倍率的扫描式电子显微镜(SEM)分析,应可提供更为详细的白炭黑聚集体/附聚体群图像,从而提供白炭黑-有机硅烷和聚合物偶联反应的效率。