江畹蘭　編譯（華南理工大學(xué)材料學(xué)院，廣東 廣州 510641）

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炭黑和白炭黑在胎面膠配方中的并用研究（三）：
——實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和實(shí)際使用檢測(cè)

江畹蘭編譯
（華南理工大學(xué)材料學(xué)院，廣東 廣州 510641）

在寬域的溫度范圍內(nèi)，含白炭黑的胎面膠在濕滑路面上的抓著性及在干燥路面上的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，均顯著優(yōu)于含炭黑的胎面膠。含中等及少量白炭黑的胎面膠與干燥路面的摩擦系數(shù)得以提高。但在嚴(yán)苛的磨耗條件下，隨白炭黑含量增加，磨耗程度提高。在“中等”磨耗條件下，磨耗程度不變。而在“溫和”磨耗條件下，磨耗與白炭黑之間存在著復(fù)雜的相關(guān)性。

并用；抓著性；摩擦系數(shù)；轉(zhuǎn)向剛度；磨耗

俄羅斯Kama公司科技中心有一臺(tái)能評(píng)估輪胎在最接近真實(shí)條件情況下，其使用性能的設(shè)備。VMI公司也有一套實(shí)驗(yàn)室綜合試驗(yàn)裝置LAT 100，它可以測(cè)定胎面膠的一系列最重要的指標(biāo)，如摩擦系數(shù)、滾動(dòng)阻力、轉(zhuǎn)向側(cè)應(yīng)力以及磨耗等。作為會(huì)影響這些特性的可變參數(shù)，包括了作用于試樣的負(fù)荷、滾動(dòng)速度、接觸面溫度、轉(zhuǎn)向角等。

研究中，根據(jù)炭黑與白炭黑的不同配比，分別測(cè)定了輪胎在濕滑路面上的抓著性、轉(zhuǎn)向剛度（Ks）、摩擦系數(shù)（μm）及耐磨性。

橡膠在濕滑路面上的抓著性，可用計(jì)算出來(lái)的成功率Rc（%）加以評(píng)估。Rc為所研究橡膠的抓著性與含68.75質(zhì)量份炭黑（對(duì)100質(zhì)量份生膠）的對(duì)照胎面膠的相對(duì)應(yīng)的比值。后者的成功率規(guī)定為100%。

圖1示出了所研究的橡膠于不同溫度下，在濕滑面（天然剛玉180）上的抓著成功率曲線(xiàn)。由天然剛玉180制成的轉(zhuǎn)盤(pán)，模擬輪胎在一般路面上的滾動(dòng)狀況。由圖1可見(jiàn)，當(dāng)炭黑含量增至80份，溫度低于35 ℃時(shí)輪胎的抓著性變差，而后溫度升高，抓著成功率直線(xiàn)上升到108%。向胎面膠中加入10份白炭黑，在整個(gè)試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)輪胎在濕滑路面上的抓著性大大提高。當(dāng)胎面膠中炭黑與白炭黑的配比為50:30時(shí)，其抓著性在全部研究范圍內(nèi)表現(xiàn)為最好。當(dāng)溫度為0 ℃時(shí)胎面膠的抓著性提高6%；在15～35 ℃時(shí)，抓著成功率Rc為10%～11%，只有在高溫（60 ℃）下，試驗(yàn)樣品的抓著成功率Rc比對(duì)照膠的小1%。當(dāng)膠料中白炭黑的含量達(dá)80%時(shí)，在溫度0～45 ℃范圍內(nèi)輪胎的抓著性提高；但在高溫條件下，抓著性大大降低（抓著成功率Rc降低5%～10%）。由此可以得出大體上的結(jié)論：在溫度0～45 ℃范圍內(nèi)，輪胎在濕滑路面上滾動(dòng)，含白炭黑的胎面膠的抓著性?xún)?yōu)于只填充炭黑的胎面膠。

圖2示出了在干燥路面上所研究輪胎橡膠的轉(zhuǎn)向剛度（RKS）及摩擦系數(shù)（RμT）與炭黑及白炭黑配比的相關(guān)性曲線(xiàn)。設(shè)定填充炭黑（68.75%）的胎面膠的RKS及RμT為100%。分析了圖2后獲悉，在干燥路面上的摩擦系數(shù)隨白炭黑在胎面膠中含量的增加而減小，當(dāng)炭黑與白炭黑的配比為20:60時(shí)，其抓著性比填充炭黑的胎面膠（68.75質(zhì)量份）要差。

炭黑與白炭黑的配比：1-68.75:0； 2-80:0； 3-70:10；4-60:20；5-50:30； 6-0:80圖1　濕滑路面上橡膠抓著成功率Rc與溫度的相關(guān)性

圖2　胎面膠的轉(zhuǎn)向剛度Rks及摩擦系數(shù)RμT與炭黑白炭黑配比的相關(guān)性：1-Rks，2-RμT

轉(zhuǎn)向剛度（RKS）反映了輪胎在改變滾動(dòng)方向時(shí)的反作用力。反作用力越大，輪胎抵抗轉(zhuǎn)向偏離的性能越好?？梢赃@樣認(rèn)為，當(dāng)胎面膠中炭黑含量由68.75份增至80份時(shí)，也就意味著轉(zhuǎn)向剛度RKS值增高。用白炭黑逐漸取代炭黑，RKS降低并不明顯。如果胎面膠中只含有白炭黑，那么它的抗轉(zhuǎn)向偏離性高于只含有炭黑的胎面膠。圖2反映了不同滾動(dòng)速度下胎面膠的平均抓著成功率。

圖3示出了輪胎在干燥路面上滾動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。在此，必須區(qū)分出三種汽車(chē)行駛速度，在此速度下汽車(chē)起動(dòng)制動(dòng)裝置（剎車(chē)）。首先是低速區(qū)段，速度為0.2～0.6km/h，此時(shí)高填充炭黑（80:0）胎面膠及含少量白炭黑（70:10）的胎面膠的RμT值（摩擦系數(shù)）最大。當(dāng)V=2.0～6.0km/h，除上述兩種橡膠外，再增加一種白炭黑含量中等（40:40）的橡膠。在高速區(qū)段，白炭黑含量中等及高含量（40:40）及（0:80）的胎面膠，看來(lái)是占了優(yōu)勢(shì)。這些橡膠的摩擦系數(shù)都是隨滾動(dòng)速度的提高而增大，而高炭黑含量（80:0；70:10）的橡膠，從滾動(dòng)速度為6km/h開(kāi)始，摩擦系數(shù)便有所減小。

圖3　摩擦系數(shù)（RμT）與輪胎滾動(dòng)速度（V）的相關(guān)性曲線(xiàn)（曲線(xiàn)上的數(shù)字表示炭黑與白炭黑的配比）

此外，對(duì)于另一項(xiàng)最重要的使用性能指標(biāo)——胎面膠的磨耗來(lái)說(shuō)，炭黑與白炭黑的配比對(duì)它的影響甚大。圖4上列示了所研究胎面膠在不同路面條件下的耐磨性能。例如，含68.75份炭黑的胎面膠的磨耗為100%。帶有尖銳棱角的Kорgoн 60（一種材料）干燥轉(zhuǎn)盤(pán)模擬了路面狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)溫度25 ℃。在“嚴(yán)苛”的磨耗條件下，輪胎滾動(dòng)速度V為25km/h，偏離角α=16°。路面堅(jiān)硬度為“中等”時(shí)，V=12km/h，α=9°；路面較柔軟時(shí)，V=2.5km/h，α=5.5°。

圖4　橡膠耐磨性（RW）與炭黑白炭黑配比的相關(guān)性磨耗條件：路面堅(jiān)硬（1）； 路面較軟（2）； 路面堅(jiān)硬度中等（3）

正如所料，在“嚴(yán)苛”條件下，隨著白炭黑用量增加，整體上磨耗增大。與對(duì)照膠樣相比，僅含白炭黑的橡膠的磨耗量要高出23%，出乎意料的是在路面堅(jiān)硬度為中等的條件下，磨耗量實(shí)際上與胎面膠中填充劑的性能無(wú)關(guān)。在炭黑與白炭黑的配比為80:0～0:80的范圍內(nèi)，磨耗增加值為23%～27%（與對(duì)照膠樣相比）。

在“路面柔軟”的條件下，磨耗量與白炭黑含量的關(guān)系較為復(fù)雜。當(dāng)添加10.0份、20.0份及30.0份白炭黑后，與含80.0份炭黑的胎面膠相比，前者的磨耗量減少了3%～6%。隨后，當(dāng)炭黑與白炭黑的配比為40:40時(shí)，磨耗量急劇增加11%，比含炭黑的膠樣（80:0）的磨耗量多5.5%。若進(jìn)一步增加白炭黑在胎面膠中的含量（炭黑與白炭黑的配比為30:50～0:80），則磨耗量減少。這樣，便導(dǎo)致在“柔軟路面”條件下，含白炭黑的胎面膠的磨耗量，比含炭黑的胎面膠要少10%。因此，在“路面堅(jiān)硬”條件下，填充炭黑的胎面膠的耐磨性高于填充白炭黑的胎面膠；在“路面堅(jiān)硬中等”的條件下，它們二者之間并無(wú)明顯差別；而在“路面柔軟”條件下，填充白炭黑的胎面膠的耐磨性，則優(yōu)于填充炭黑的胎面膠。

在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可作出如下總的結(jié)論。就濕滑路面上的抓著性而言，在寬域的溫度范圍內(nèi)，填充不同量白炭黑的胎面膠，優(yōu)于填充炭黑胎面膠。在干燥路面條件下輪胎轉(zhuǎn)向時(shí)的偏離穩(wěn)定性方面，填充不同量白炭黑的胎面膠比填充炭黑（炭黑≤68.75份）的胎面膠要高得多。往胎面膠料中加入少量及中等含量的白炭黑（炭黑與白炭黑的配比為70:10～40:40），可提高輪胎在干燥路面上滾動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)。在“堅(jiān)硬路面”條件下，隨白炭黑用量增加，胎面膠的磨耗增大；在“中等堅(jiān)硬路面”條件下，耐磨性不變；在“柔軟路面”條件下，耐磨性與白炭黑含量之間存在著復(fù)雜的相互依賴(lài)關(guān)系。

［1］Дорожкин ВП.Изучение совместного ис пользования технинеского углерода и диоксида кремия в рецепуре протектора шин［J］.каучук и резина，2014（4）:28-30.

［責(zé)任編輯：張啟躍］

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2015-11-19