第４４卷 第６期 滑石粉对炭黑分散性的影响 ３１ 滑石粉对炭黑分散性的影响 朱永康编译 （中橡集团炭黑工业研究设计院，四川自贡 ６４３０００） 炭黑是用于橡胶工业的最常用的补强填料。 炭黑的品种是通过表面积和结构来表征的。炭黑 的选择是基于机械性能、流变性能和选用的弹性 体。例如，炭黑的比表面积越大，其补强性能越 好。这与炭黑和聚合物间的相互作用主要为物理 性质，并且是由范德华力所引起的事实相吻合。 炭黑的结构也会影响未硫化材料的流变行为及拉 伸性能。 补强作用和流变性能均要受炭黑分散程度的 影响。换句话说，分散性越好，加工性能和机械性 能越好。分散性取决于混炼过程中施加给材料的 剪切应力。剪切应力随着材料的粘度和剪切速率 而变化。胶料的粘度取决于温度。因此，混炼机 内的较高温度会导致低粘度和低剪切应力。剪切 速率与流体速度（转子速度）和位置（通道与顶端） 相关。这就意味着较高的转子速度将会改善分散 性混炼。然而，胶料温度的升高与转子速度的平 方成正比。故而，降低转子速度可能更有利于分 散。不过，这必须与混炼时间相平衡。分散性混 炼要求每个炭黑附聚体有充足的时间受到足够的 剪切力作用，从而发生解体。以更高的速度混炼 显然可以减少这一时间。这样一来就面临两难的 境地。 据观察，添加５份超细滑石粉可使炭黑在轮 胎胎面胶料中的分散性有所提高。如此使得混炼 时间减少了２０ ，而又不会影响胶料的机械性 能。这种混炼时间的减少在工业化生产中已得到 了证实。 研究还表明，用滑石粉部分替代炭黑和／或油 对机械性能几乎没有影响，并且可以改善胶料的 加工性能。这是由于滑石粉和炭黑之间的协同作 用。虽然滑石粉表现出与粘土和二氧化硅的协同 作用，它对硬度的影响却比较小。这一特征使得 配方设计人员可以增加填料含量，从而减少聚合 物和／或油的体积百分比。 在本文中，我们研究了滑石粉对不同品种的 炭黑和共混物的影响，考察了炭黑的表面积和结 构的影响。该研究中使用的滑石粉为Ｍｉｓｔｒｏｎ Ｖａｐｏｒ Ｒ，这是一种超细微晶滑石粉。使用特有 的微粒化技术来保护该产品的长径比，这对于其 在橡胶中的作用（如改善加工）是至关重要的。 １ 实．验 阿克隆橡胶研发实验室（ＡＲＤＬ）用班伯里密 炼机制备了含有各种不同成分的橡胶胶料。下文 中提供了混炼顺序和混炼条件。 使用的炭黑品种和炭黑混合物如下： １）表面积不同但结构相同（第１组）； ２）表面积相同但结构不同（第２组）； ３）补强炭黑共混物； ４）补强炭黑／半补强炭黑共混物； ５）半补强炭黑共混物。 另外，为了确定滑石粉对炭黑分散性的影响， 使用两种半补强炭黑的共混物来评估标准混炼与 逆序混炼。菲利普分散性采用Ｏｌｙｍｐｕｓ ＳＺ６０可 变焦距立体显微镜分析，取３０Ｘ放大倍率，与对 准用刀片切割的硫化样品的Ｐｏｌａｒｏｉｄ ＤＭＣ—ＥＳ 数码相机相连接。依照ＡＳＴＭ Ｄ一４１２—９８ ａ测 定了老化前机械性能。根据ＡＳＴＭ Ｄ ２０８４—９５ 由ＯＤＲ流变仪获得的数据对样品进行硫化。 ２ 结果与讨论 文献已表明，Ｍｉｓｔｒｏｎ Ｖａｐｏｒ滑石粉部分替 代炭黑可以改善加工性能和使用性能。从加工角 度看，其好处是改善补强填料的分散性，为减少混 炼时间以提高产量提供了一个选择。 本研究分几个部分来评估滑石粉对各种不同 品种的炭黑和共混物分散的影响。在前两个部 ３６ 橡胶参考资料 ２Ｏｌ４年 ３ 讨论 的速率增加，而添加滑石粉的Ｎ５５０胶料的温升 速率为５６。Ｃ／ｍｉｎ。不仅如此，滑石粉填充胶料 的初始粘度较高，而这也进一步促进了分散。 曾经有人提出，超细片状滑石粉的存在可以 改善分散性。观察图１１中的硫化滑石粉一炭黑胶 我们知道，滑石粉可以降低橡胶加工中的生 热，因而可降低混炼过程中胶料温度上升的速率。 滑石粉填充胶料的温度较低，导致粘度提高，从而 使得剪切应力增大——这是分散性混炼所必 需的。 料，发现其ｔａｎ６较高也证明了这一点。而且，这 也与阿尔法科技公司发布的ＲＰＡ（橡胶加工分析 仪）结果一致，表明硫化胶料较高的ｔａｎ（￣值对应 于较高的混炼状态，进而对应于更好的分散程度。 图１０和附录Ｂ中的温度曲线的斜率证实了 这一点。对于所有的滑石粉填充胶料，温升速率 （如在附录Ｂ中的斜率所示）均小于相应的对照 胶料。例如，Ｎ５５０对照胶料的温度以８９℃／ｍｉｎ 未加滑石粉的Ｎ５５０ 还有人猜测，滑石粉可以防止炭黑在胶料中重新 附聚在一起。 添加滑石粉的Ｎ５５０ 图ｌ０添加和未添加滑石粉的Ｎ５５０胶料的混炼曲线之比较 顶栓落下后扭矩出现平台或停顿，可以清楚地看 出这一点（图１０）。 为了更好地理解滑石粉改善炭黑分散的效 应，正在考虑开展下列研究：部分替代而非添加， 滑石粉用量的影响，弹性体系和充油量的影响。 ４ 结论 剪切速率，Ｓ 卜炭黑对比； ２－２０％滑石粉替代物 本研究表明了添加滑石粉对表面积≤８０ ｍ。／ｇ的半补强炭黑及其共混物的分散的作用。 不过，中等表面积炭黑的分散并不取决于结构。 另一方面，添加滑石粉不会影响高表面积补强炭 黑在ＥＰＤＭ中的分散程度，而在ＮＲ／ＳＢＲ／ＢＲ 并用胶中则表现出相当大的影响。这说明弹性体 的选择可能是一个重要因素。最后，混炼方法对 图１１未硫化ＥＰＤＭ胶料在７％应变和１００℃时的ＲＰＡ 扫描曲线 滑石粉对高表面积炭黑的影响最小，是因为 剪切应力不足以将这样的炭黑分散——这可能归 因于这些炭黑的粒子一粒子间吸引力和／或它们的 半补强炭黑共混物的分散评级毫无影响。 认为添加滑石粉之所以能够改善炭黑的分散 性，其原因在于加工过程中的生热降低了。如此 就导致了粘度的提高和剪切应力的增大。另外， 小粒径。其他起作用的因素可能包括配方、混炼 条件和密炼机的容许处理量。滑石粉填充胶料较 低的扭矩（见附录Ｂ），大概是由于在混炼的初始 阶段滑石粉对密炼机金属表面的润滑作用。从上 推测滑石粉增大了炭黑聚集体的间距，防止它们 第４４卷 第６期 滑石粉对炭黑分散性的影响 ３７ 重新附聚在一起。 （即便填充量达６０份）。这一观察结果表明滑石 滑石粉与各种不同品种的炭黑及其共混物的 粉在橡胶胶料中不仅仅是作为填料，而且还是一 协同作用，在机械性能的细微变化中得到了证实 种功能性矿物填充剂。 附录Ａ 混炼说明 类型 说明 标准二段混炼聚合物塑炼ｌｍｉｎ，然后添加Ｎ５５０，在１．７ｍｉｎ加入所有其他材料。１２７℃时清扫，１４９℃时下料。待胶料冷却后，加人硫 化剂复炼。在８８℃清扫，在１０４℃时下料。上顶栓压力为４０ｐｓｉ。 标准一段混炼聚合物塑炼ｌｍｉｎ，然后加入Ｎ５５ｏ，在１．７ｒａｉｎ添加其余的原材料；８８。Ｃ时清扫，１０４Ｃ时下料。上顶栓压力为４０ｐｓｉ。 逆序一段混炼将所有的原材料粉末和加工油加入密炼机内，最后再加入聚合物组分。８８℃时清扫，１０４￣Ｃ时下料。上顶栓压力为４０ｐｓｉ。 Ｎ５５０ Ｎ５５０＋滑石粉 Ｎ３５８ Ｎ３５８＋滑石粉 Ｎ３３９ Ｎ３３９＋滑石粉 Ｎ２３４ Ｎ２３４／滑石粉 Ｎ２００／Ｎ３３Ｏ Ｎ２００／Ｎ３３０／滑石粉 注： 清扫温度为９３℃时的扭矩；本表中所有胶料的排料温度均为１０４℃ 参考文献： Ｉ Ｎｉｃｏｌｅ Ｈｅｒｓｈｂｅｒｇｅｒ等，Ｒｕｂｂｅｒ Ｗｏｒｌｄ，Ｖｏ１．２４５，Ｎｏ．５（２０１２），３３￣３９ 米其林推出全新货运轮胎 米其林轮胎公司宣布，专为货运物流市场打 胎宽，降低单位面积受力，减少不规划磨损。新款 造的１２Ｒ２２．５ Ｘ－Ｍｕｌｔｉ Ｚ轮胎新近上市。 轮胎采用趾口加强设计，提高了轮胎的承载力和 新产品采用升级橡胶配方，优化花纹设计，使 可翻新性。胎冠增强及防夹石设计提高了轮胎的 得轮胎结构更紧密稳固，更耐磨，轮胎寿命更长， 抗冲击、刺扎能力，减少意外，提高安全性。 行驶里程增加２Ｏ 。在工艺方面，通过１２组块 与此同时，轮胎滚动阻力比上一代产品降低 ～２４组块模具的升级，防止轮胎因为偏磨造成的 ５ ，实现最高燃油节省１ ，更加环保。 里程损失。在设计方面，新款轮胎增加了９ｍｍ 拜耳新推聚氨酯胶粘剂产品用于医疗领域 拜耳材料科技在美国市场推出一款聚氨酯基 毒技术。 胶粘剂产品，使用的原料是拜耳的Ｂａｙｍｅｄｉｘ￣Ａ 拜耳在美国西部医疗器械设计博览会上展出 产品。该款产品主要用于伤口护理和生物传感 了这款产品，同时展出的还有其他一些伤口护理 器，不会伤害皮肤，而且可以调整粘合强度，十分 的新产品。拜耳材料科技服务于伤口护理领域的 容易移除。此外，Ｂａｙｍｅｄｉｘ。Ａ生产出的产品具 产品包括伤口外敷的聚氨酯原材料、用作保护敷 有十分良好的透气性，并且适用于任何常用的消 层的热塑性薄膜。