由於全**範(fàn)圍內(nèi)對公路運(yùn)輸和對其它載重車胎使用的依賴性在穩(wěn)步增加，載重子午線輪胎工藝的更新設(shè)計將對**經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域產(chǎn)生越來越大的影響。近年來，雖然載重子午線輪胎的許多性能都有很大的提高，但是還需要在輪胎設(shè)計和研發(fā)配合材料方麵進(jìn)一步提高在苛刻使用條件下輪胎的抗早期破損性和抗胎麵加速磨損性。輪胎行業(yè)已經(jīng)意識到，必須提高胎麵膠料的抗破損性和其它性能(包括更高的胎麵耐磨性、更好的抗撕裂性、更低的生熱性和更小的滾動阻力)，但這個問題還是冇有得到*終的解決。
    炭黑是元素碳的一種形式，它被廣泛用於輪胎橡膠中。無論是天然橡膠、合成橡膠還是兩者的共混膠都適用。炭黑的物理特征(如粒徑和結(jié)構(gòu))會影響膠料的各種性能特征，如胎麵耐磨性、滾動阻力、生熱性和抗撕裂性。
    本發(fā)明介紹的是一種新型炭黑(在此稱為“炭黑A”)。據(jù)預(yù)測，這種新型炭黑能提高車胎胎麵橡膠質(zhì)量，包括更高的胎麵耐磨性、更小的滾動阻力和更低的生熱性和更優(yōu)良的抗撕裂性。這種改良炭黑屬於N100係列，用在橡膠中時，既有N121炭黑那樣的高胎麵耐磨性和低生熱性的優(yōu)點(diǎn)，又具有N115炭黑那樣良好的抗撕裂性。本發(fā)明的炭黑對提高載重及載客汽車的鋼絲簾線子午胎(TBS/RT)和高性能轎車車胎的質(zhì)量特彆有用。中型或重型載重和載客汽車鋼絲簾線子午線車胎(TBS/RT)在市場上可劃分為公路載重車和載客車車胎、建築/農(nóng)用車胎、越野/公路混用車胎、市區(qū)用車胎和節(jié)油型車胎。
    日前，在TBS/RT及其翻新膠料中采用的是N100和N200係列的胎麵用炭黑(如ASTMD1765中規(guī)定的)。這些胎麵用炭黑的特點(diǎn)是，既具有大比表麵積，又具有高結(jié)構(gòu)。
    炭黑的結(jié)構(gòu)是指炭黑粒子聚集的程度。高結(jié)構(gòu)炭黑和低結(jié)構(gòu)炭黑相比，有更多的粒子，聚集成隨機(jī)的結(jié)構(gòu)。炭黑的結(jié)構(gòu)可用鄰苯二甲酸二丁酯吸收值(DBPA)來量度。DBPA值越大，炭黑的結(jié)構(gòu)就越高。炭黑的比表麵積可以通過吸碘值來測定。吸碘值和粒徑之間成反比關(guān)係。吸碘值越大，粒徑就越小。
    炭黑的粒徑和結(jié)構(gòu)對其填充的橡膠的多種性能，如輪胎胎麵的耐磨性、滾動阻力、生熱性和抗撕裂性都有影響。因此，根據(jù)輪胎具體的使用要求，不同的胎麵要采用不同的炭黑。
    例如，在公路上行駛的載重車胎由於路麵較為平整，要求車胎承受更大的負(fù)荷和更快的速度。在這種使用條件下，歐洲和北美都主要選用N121、N110和N234炭黑做胎麵炭黑。這裡，考慮使用性能時主要顧及到胎麵耐磨性。
    但是，在全**範(fàn)圍內(nèi)，滾動阻力正在成為一個需要認(rèn)真對待的非常重要的使用性能。在TBS/RT中，胎麵對滾動阻力的調(diào)控起著*重要的作用。
    上述這三種胎麵炭黑(N121、N110和N234)都具有較高的滯後性(和coarserN200和N300係列的同類炭黑相比，具有更高的生熱溫度和更大的滾動阻力)，其中，N110的滯後性*高，其後是N121和N234。如果把這些品種的炭黑互相比較，就可知N121的胎麵耐磨性能*好，其次是N234，*後是N110。這些胎麵炭黑可用於新胎麵和翻新胎麵膠料中。
    對於越野/公路混用載重車胎來說，當(dāng)高負(fù)荷車胎在越野條件下使用時，和公路條件下相比，通常速度慢、路麵更粗糙和彎道更多。但是，當(dāng)車胎又回到公路上行駛時，它遇到的又是和公路用車胎一樣的高速度和生熱溫度。
    在這種情況下，歐洲和北美一般都采用N110、N115和N220做胎麵炭黑。在考慮車胎的使用性能時，更多關(guān)注的是胎麵使用壽命，而不是胎麵磨耗壽命。車胎的使用條件越苛刻，車胎的抗破損性，特彆是胎麵的抗破損性就越重要。這三種炭黑比N121和N234的定伸應(yīng)力小，而抗撕裂性則更好。N110和N115的生熱溫度和滾動阻力比N220(或N121和N234)更高，但抗撕裂性也更好。
    歐洲采用的是N115和N110作越野/公路用胎麵，但N115在北美用於越野/公路用胎麵的情況冇有歐洲多。這兩種胎麵炭黑的主要區(qū)彆在於N115的著色強(qiáng)度、吸碘值和氮吸附比表麵積都比N110高。但是，這兩種炭黑在橡膠中的作用基本相同。

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    TBS/RT通常都由炭黑補(bǔ)強(qiáng)橡膠做成。該橡膠的主要成分為天然橡膠(NR)或天然橡膠與合成橡膠[乳聚丁苯膠(SBR)和聚丁二烯橡膠(BR)]的共混膠。
    NR通常能提供較大的抗撕裂強(qiáng)度、在合成橡膠上的成型粘性和較低的滯後性。這都?xì)w因於在NR變形時內(nèi)部能量損失較低。另外，NR和BR並用具有更好的耐割傷性、耐疲勞性和耐磨性。SBR用在這些共混膠中主要是改善其濕路麵牽引性。
    在不太苛刻行駛條件下，和NR/BR共混膠相比，NR胎麵耐磨性*好。在較為苛刻行駛條件下，尤其是NR含量較高時，NR/BR共混膠胎麵耐磨性則會更好。在載重車胎中，NR還具有降低滾動阻力所需的較低滯後性。
    TBS/RT所需要的性能改進(jìn)包括提高胎麵耐磨性和降低胎麵滯後性，*重要的是減少其在使用過程中的胎麵損壞，尤其是由滯後性、胎麵耐磨性和抗撕裂性不好而導(dǎo)致的胎麵損壞。為了滿足這些要求，車胎中的各種成分必須具有高抗撕裂強(qiáng)度、高拉伸強(qiáng)度和低生熱性。因此，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可在載重車胎的胎麵膠料中使用具有更高補(bǔ)強(qiáng)性和更低滯後性的N100係列炭黑，但還冇有*終解決這個難題。
    本發(fā)明涉及N100係列中的一種炭黑，它具有較低的結(jié)構(gòu)，其平均粒徑為16.0-19.0nm(以17.0-18.Onm為宜)，其DBPA測量值為，100-115cc/100g(以105-110cc/100g為宜)。用電子顯微鏡以及通過自動圖象分析聚集體的骨架，確定聚集體具有不同的形狀分布。炭黑聚集體形狀有四種(1-圓形、2-橢圓形、3-線條形和4-分支形)。和其它的胎麵用炭黑N115和N121相比，本發(fā)明的炭黑是具有低結(jié)構(gòu)橢圓形聚集體的改良炭黑。而且，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，就分支聚集體的體積加權(quán)分布*頻值而言，本發(fā)明炭黑的體積加權(quán)的分支聚集體比較少。這種*頻值的較窄分布用△B50表征?！鰾50等於體積加權(quán)分支形聚集體分布曲線的半高寬度。
    本發(fā)明還介紹了含上述改良炭黑的膠料。這種改良膠料用於客車子午胎的天然橡膠胎麵時，其胎麵磨耗指數(shù)是107.2%，而含N110炭黑的膠料則是100%，其tanδ是0.131，而含N100炭黑的是0.137，含N115炭黑的是0.145。膠料的褲形撕裂強(qiáng)度是82.6kN/m，而含N115炭黑的膠料是81.3kN/m，含N121炭黑的則是49.3kN/m。也就是說，和N110或N115炭黑相比，含改良炭黑的膠料的耐磨性要高出5%-10%左右，而其滯後性則要低4%-11%，它們的抗撕裂性則相當(dāng)。具體地說，如胎麵磨耗指數(shù)和tanδ測試值所示，改良膠料的耐磨性(胎麵耐磨性)比其它的高山7%-10%，而其滯後性則要低5%-10%。
    本發(fā)明改良炭黑的DBPA值較低，約在105-110cc/100g之間，其抗撕裂性比N110炭黑和N115炭黑好，約在80-85kN/m之間。
    上述數(shù)據(jù)介紹了新型胎麵用炭黑(炭黑A)的特征。該炭黑適用於載重/載客汽車的鋼絲子午胎胎麵，能滿足更高的胎麵耐磨性、更小的滾動阻力、更低的生熱性和更好的抗撕裂性等要求。這種胎麵用炭黑具有和N100炭黑相當(dāng)?shù)牧Ｗ蛹?xì)度，其表麵微孔率和DBPA結(jié)構(gòu)都比N110炭黑或N115炭黑低。
    在以下的實(shí)驗(yàn)中，用兩種不同的載重車胎胎麵膠料[NR和NR/BR(65/35)]與N100和N200係列的常規(guī)胎麵炭黑相比較評價了炭黑A。在未充油NR膠料中，炭黑A(以N110、N115或N121為準(zhǔn))按50份(以膠料為100份)的填充量加入。在充油(25份)NR/BR膠料中，相對於N110、N115、N121或N234，炭黑A則按60份的填充量加入。不過，在並用膠中，胎麵炭黑優(yōu)先分布在NR相內(nèi)(多達(dá)49.5份)。通過製備以及隨後共混單獨(dú)母煉膠可以達(dá)到這個比例。
    在這兩種胎麵膠料中，炭黑A(同N110、N115和N121相比較)都能使其具有較好的抗撕裂強(qiáng)度、較小的滾動阻力和較低的生熱性以及較低的門尼粘度等改良性能，同時還使其應(yīng)力-應(yīng)變和硬度等特性保持在正常水平。
    在對NR胎麵膠料的胎麵耐磨性的測試中，炭黑A的胎麵磨耗指數(shù)優(yōu)於N110，和N121的相等。和N110、N115、N121和N234相比較，炭黑A在NR/BR胎麵膠料中的抗疲勞性和耐割口增長性都更好。在NB/BR膠料中，就預(yù)測的相對潮濕路麵牽引性而言，炭黑A優(yōu)於N110，和N115和N234相當(dāng)，並接近N121。而就乾燥路麵的牽引性而言，炭黑A則優(yōu)於N121，和N234相當(dāng)，不及N110和N115。
    儘管本發(fā)明介紹的是含NR或NR和BR的胎麵膠料，但是預(yù)期在其它合成橡膠中使用炭黑A仍可獲得類似的優(yōu)良性能。與N110、N115和N121相比，炭黑A特有的性能證明它適用於使用條件更苛刻的載重車胎胎麵以及越野車胎胎麵。在這裡，低生熱性、高抗撕裂強(qiáng)度、優(yōu)良的抗疲勞性和耐割口增長性都將使輪胎具有更優(yōu)良的使用性能。
     炭黑A的其它用途包括高性能客車車胎、賽車車胎和載重車車胎翻新膠料。
     Ⅰ、炭黑A的生產(chǎn)
    采用喉管直徑為8英寸(203mm)的CATII反應(yīng)爐(4927607號美國**)來生產(chǎn)炭黑A。按該**來操作反應(yīng)爐，其空氣流量和霧化噴油位置如表1所示。
     表1 生產(chǎn)炭黑A的反應(yīng)爐操作條件
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    空氣流量，標(biāo)準(zhǔn)英尺^3/小時(m^3/h) 290(8.2)
    空氣溫度，°F(℃) 1325(718)
    天然氣流量，標(biāo)準(zhǔn)英尺^3/小時(m^3/h) 17.1(0.48)
    低熱值天然氣，英熱單位/標(biāo)準(zhǔn)英尺^3(×10^6MJ/m^3) 954(35.55)
    氧氣流量，標(biāo)準(zhǔn)英尺^3/小時(m^3/h) 11.4(0.32)
    油流量，英磅/小時(kg/h) 5725(2597)
    油壓，英磅/英寸^2(MPa) 160(1.1)
    油槍數(shù)量，個 4
    油槍位置：
    #1，英寸(mm) -20(-508)
    #2，英寸(mm) -16(-406)
    #3，英寸(mm) -20(-508)
    #4，英寸(mm) -16(-406)
    結(jié)構(gòu)控製添加劑：
     種類 K2CO3
     在油中含量，×10^-6 48
    反應(yīng)爐壓力，英磅/英寸^2(MPa) 5.9(0.041)
    急冷位置①，英寸(mm) 40(1016)
    急冷水流量，加侖/分(m^3/h) 10(2.7)
    反應(yīng)爐容積②，英尺^3(m^3) 5.9(1.67)
    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
     ①：所有位置都從反應(yīng)爐喉管出口起測量，以反應(yīng)爐喉管出口的下遊為正。
     ②：喉管出口和急冷點(diǎn)之間的反應(yīng)爐容積
     生產(chǎn)炭黑A用的是炭黑廠生產(chǎn)胎麵炭黑通常所采用的原料油。
    生產(chǎn)炭黑A的反應(yīng)爐裝置和生產(chǎn)N100係列炭黑的相同(見反應(yīng)爐操作條件)。生產(chǎn)炭黑A時，結(jié)構(gòu)控製劑鉀可采用不同的濃度和用量來滿足對其不同DBPA的要求。鉀在原料油中的濃度為48ppm。
     Ⅱ、與常規(guī)的胎麵炭黑相比，炭黑A的膠態(tài)性質(zhì)和用電子顯微鏡測定的形態(tài)參數(shù)。
    表2和表3列出的是和常規(guī)的胎麵炭黑相比，炭黑A的膠態(tài)性質(zhì)和用電子顯微鏡(EM)測定的形態(tài)參數(shù)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)(DBPA和24M4DBPA)和各種比表麵積，炭黑A可劃分為中高結(jié)構(gòu)N100係列，胎麵炭黑。
     表2 炭黑A的膠態(tài)性質(zhì)
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     炭黑A N110 N115 N121 N234 N220
    ───────────────────────────────
    著色強(qiáng)度，%ITRB 124 120 123 121 123 115
    DBPA，cm^3/100g 107 113 111 132 125 115
    24M4DBPA，cm^3/100g 97 100 98 109 103 106
    吸碘值，g/kg 120 145 152 120 121 122
    CTAB，m^2/g 126 128 128 118 121 109
    NSA，m^2/g① 125 131 147 123 122 118
    STSA，m^2/g② 122 117 126 118 113 109
    NSA-STSA，m^2/g③ 3 14 21 5 9 9
    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
     ①多點(diǎn)法測量的總麵積(包括微孔間隙)。
     ②統(tǒng)計儘厚度法比表麵積(外比表麵積)。
     ③微孔率(表麵微孔率)的示值。
    就平均粒徑和重均粒徑以及粒徑分布特點(diǎn)而言，炭黑A和常規(guī)的N100係列胎麵炭黑相似。尺寸分布的測量結(jié)果用表3中的不均勻性指數(shù)表示，用重均粒徑除以平均粒徑就可得到。所得數(shù)值越大，說明尺寸分布越寬。
    由表3可見，炭黑A、N115和N121的聚集體平均粒徑和重均粒徑以及尺寸分布都互不相同。炭黑A的這些不同的聚集體特性介於N115和N121之間。其聚集體的平均粒徑也比N234或N220的小。炭黑A的聚集體的吸留容量比較小，這點(diǎn)可通過較低的V'/V看出來。這是聚集體在聚集體分支之間包容橡膠能力的量度。這一能力將影響其補(bǔ)強(qiáng)性能和抗破壞性能。

骨架測量表明，炭黑A的分支聚集體(重量百分比)的平均數(shù)量比N115稍低，而比N121低得多。聚集體形狀類彆的特點(diǎn)說明炭黑A的低吸留容量的橢球形聚集體所占百分比更大。炭黑A的分支形聚集體的百分比相對更低。至於在△B50，炭黑A比N115稍低，但這兩種炭黑比N121都大得多。
     表3 電子顯微鏡(EM)形態(tài)參數(shù)
    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
    用CAB(醋酸丁酸纖維素)漆片分散體進(jìn)行粒子分析
    (ASTMD3849)
    ─────────────────────────
     炭黑A N115 N121
    平均粒徑，nm 17.4 17.5 18.5
    重均粒徑，nm 26.8 28.1 28.8
    不均勻性指數(shù) 1.54 1.56 1.56
    EM比表麵積，m^2/g 141 136 124
    ─────────────────────────
     乾態(tài)下的聚集體尺寸分析
    ─────────────────────────
    平均粒徑，nm 71.3 63.0 84.2
    重均粒徑，nm 139 135 181
    不均勻性指數(shù) 1.95 2.14 2.16
    聚集體內(nèi)吸留值V'/V 1.85 2.12 2.50
    乾態(tài)下的結(jié)構(gòu)骨架分析
    平均聚集體分支，wt% 11.2 11.6 26.2
    ΔB50* 11.1 12.9 31.0
    ─────────────────────────
     聚集體形狀類彆的重量百分比
    ─────────────────────────
    1-圓形 0.8 0.6 0.4
    2-橢球形 17.2 13.6 8.8
    3-線條形 41.8 48.8 28.7
    4-分支形 40.2 37.0 62.1
    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
     *：分支聚集體的分布曲線半高寬度(以重量百分比為準(zhǔn))。
     Ⅲ、炭黑A在TBS/RT胎麵膠料中與常規(guī)炭黑相比的性能優(yōu)點(diǎn)
    為了證明炭黑A在TBS/RT胎麵膠料中與常規(guī)炭黑相比的性能優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了兩個實(shí)驗(yàn)。**個是用采用傳統(tǒng)混煉工藝的NR載重車胎胎麵膠料(表4)，將炭黑A跟N121、N115和N110相比較。胎麵炭黑的加入量固定在50份。該胎麵膠料不充油。
    表4 實(shí)驗(yàn)1-天然橡膠胎麵膠料
    ━━━━━━━━━━━━
    成分 份數(shù)
    ────────────
    NR① 100
    炭黑 50
    氧化鋅 4
    硬脂酸 1.5
    微晶石蠟 1
    抗降解劑② 2
    抗氧化劑③ 1
    促進(jìn)劑④ 1.6
    硫磺 1.2
    總計 162.3
    ━━━━━━━━━━━━
    ①：SMR-CV60；②：N-苯基-N'(1,3-二甲基丁基)-對苯二胺；③：辛基化二苯胺；④：N-叔丁基-2-苯並噻唑亞磺酰胺。
    **個實(shí)驗(yàn)以NR/BR(65/35)胎麵膠料(表5)為基料。其中每種胎麵炭黑的聚合物相分布由上述的NR和BR各自的炭黑母煉膠組成的混煉膠來控製。在這個實(shí)驗(yàn)中，胎麵炭黑(炭黑A、N110、N115、N121和N234)在NR相中加入的量更多，這樣就可獲得抗撕裂強(qiáng)度、抗疲勞性、生熱性和滯後性等性能的*佳平衡。**種膠料中胎麵炭黑的加入量和充油量分彆為60份和25份(以膠料為100份)。
    表5 實(shí)驗(yàn)2-NR/BR胎麵膠料
    ━━━━━━━━━━━━━━
    成分 份數(shù)
    ──────────────
    NR① 65
    BR1207 35
    炭黑 60
    芳香油② 25
    氧化鋅 3.75
    硬脂酸 2.5
    抗降解劑③ 2
    促進(jìn)劑④ 1.2
    硫磺 2.5
    總計 196.95
    ━━━━━━━━━━━━━━
    ①：SMR-CV60；②：ASTM102；③：N-苯基-N'(1,3-二甲基丁基)-對苯二胺；④：2(嗎啉基硫代)苯並噻唑。
    實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2中所有的NR和NR/BR膠料都分彆用BR班佰裡密煉機(jī)根據(jù)W.M.Hess等人所介紹[橡膠化學(xué)工藝，58，350(1985)]的程序製備母煉膠。在實(shí)驗(yàn)2中，NR母煉膠和BR母煉膠在用班佰裡密煉機(jī)混煉前都分彆冷卻了一整夜。實(shí)驗(yàn)1中的母煉膠在冷卻了一整夜之後，通過雙輥開煉機(jī)加入硫化劑，然後立即混煉實(shí)驗(yàn)2的兩種母煉膠。所有的這些膠料的分散指數(shù)都能達(dá)到95以上。
    實(shí)驗(yàn)2中的NR母煉膠含76.2份(以橡膠為100份)胎麵炭黑，BR母煉膠中含30份同樣的胎麵炭黑。母煉膠的製備過程限製了胎麵炭黑在混煉過程中的運(yùn)動，這樣就減少了胎麵炭黑的相間轉(zhuǎn)移。在加入硫化劑之前，加入適量的硬脂酸和抗降解劑，然後混合兩種母煉膠以達(dá)到65/35的NR/BR共混膠。胎麵炭黑在*終共混膠中的含量是：NR中為49.5份(82.5%)，BR中為10.5份(17.5%)。
     預(yù)測動態(tài)性能實(shí)驗(yàn)
    用英斯特郎1332型非共振動態(tài)試驗(yàn)機(jī)來測定用於預(yù)測實(shí)驗(yàn)1和2的胎麵膠料的滾動阻力和牽引性等動態(tài)性能(表6)。
     　　 表6 預(yù)測車胎性能的動態(tài)試驗(yàn)條件
    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
     車胎滾動阻力的 車胎牽引性的
     預(yù)測條件 預(yù)測條件
    ────────────────────────────
    頻率，Hz 10 0
    溫度，℃ 50 0
    應(yīng)變振幅，DSA,% 7.5 25
    相關(guān)的性能 tanδ 損耗柔量
     (D")-乾路麵牽引性
    　　　　　　　　　　　　　　　　損耗模量
     (E")-濕路麵牽引性
    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
    滾動阻力預(yù)測值是基於在50℃壓縮條件下的tanδ測量值，並與N220比較進(jìn)行了說明。濕、乾路麵牽引性預(yù)測值分彆以損耗模量(E)和損耗柔量(D")的測量結(jié)果為基礎(chǔ)；在0℃壓縮條件下測得。
     胎麵耐磨性試驗(yàn)
    胎麵耐磨性試驗(yàn)隻采用了實(shí)驗(yàn)1中的NR胎麵膠料，在德克薩斯試車跑道上進(jìn)行，並和比較炭黑N110相比較。單胎麵膠料翻新胎冠用在新的轎車子午胎的胎體(P195-R75-14)上?？偰ズ穆蕿?600km/mm(120英裡/密耳)，車胎的壽命估計為14500km(9000英裡)。雖然未必能反應(yīng)在載重車胎使用時的實(shí)際性能，但這些胎麵耐磨性的測量結(jié)果卻能為這些胎麵炭黑提供性能好壞的相對比。
     撕裂試驗(yàn)
    采用改進(jìn)的褲形撕裂試驗(yàn)測定了撕裂能。在100℃和8.5mm/s的條件下，每種膠樣要試驗(yàn)8個試樣。
    測定了兩種抗撕裂性：抗撕裂強(qiáng)度和不連續(xù)撕裂指數(shù)?？顾毫褟?qiáng)度定義為平均負(fù)荷值除以試樣厚度之商。不連續(xù)撕裂指數(shù)是平均撕裂負(fù)荷和平均負(fù)荷之差沿預(yù)定路徑的撕裂擴(kuò)大終止處。
     疲勞試驗(yàn)/割口增長試驗(yàn)
    這兩個試驗(yàn)是在孟山都疲勞破壞試驗(yàn)機(jī)上恒定應(yīng)變周期下進(jìn)行的。在疲勞試驗(yàn)中，每個胎麵膠料(冇有中間割口)在0-90%的應(yīng)變條件下使用了8個啞鈴形的試樣。疲勞數(shù)據(jù)是63.2%試樣失效時的千次數(shù)(特征疲勞壽命)，根據(jù)威布爾分布函數(shù)來確定。割口增長試驗(yàn)中，每個胎麵膠料需要8個啞鈴形疲勞試驗(yàn)試樣，每個試樣有一個0.5mm(0.2英寸)的中間割口。采用了一個提供0-68%應(yīng)變的凸輪。每個胎麵膠料的8個試樣的平均失效千次數(shù)可用來評價其性能。
     實(shí)驗(yàn)1-NR胎麵
    表7列出與3種傳統(tǒng)胎麵炭黑相比，炭黑A在NR胎麵橡膠內(nèi)的性能和預(yù)測的車胎性能。和N110和N115相比，炭黑A能達(dá)到預(yù)期的補(bǔ)強(qiáng)水平(相同的靜態(tài)模量、彈性模量、拉伸強(qiáng)度和硬度)。還發(fā)現(xiàn)和N110和N115相比，炭黑A具有稍高的回彈性和更低的預(yù)定滾動阻力。這說明炭黑A具有優(yōu)良的低滯後性能。
     表7 炭黑在NR胎麵膠料中的性能
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     炭黑A N115 N110 N121
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     應(yīng)力-應(yīng)變
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    300%定伸應(yīng)力，MPa 14.1 13.4 14.0 16.5
    拉伸強(qiáng)度，MPa 32.5 31.8 31.5 32.3
    伸長率，% 591 607 596 560
    肖氏硬度 59 60 59 60
    門尼粘度， 69.6 76 70 73
    ML1+4，100℃
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     滯後性能，Goodyear-HEALEY
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    回彈率，% 67.6 66.0 67.3 67.3
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     動態(tài)性能-滾動阻力條件
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    E'，MPa 8.27 9.13 8.20 8.53
    E"，MPa 1.08 1.32 1.12 1.04
    預(yù)定滾動阻力，% 82.7 85.8 84.0 80.8
    tanδ 0.131 0.145 0.137 0.122
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     改進(jìn)VEITH褲形撕裂
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    撕裂強(qiáng)度，kN/M 82.6 81.3 49.3
    不連續(xù)撕裂指數(shù)， 27.5 26.0 23.6
    kN/M
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     耐磨性能
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    胎麵磨耗率，%N110 107.2 100 107.4
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    已發(fā)現(xiàn)，載重子午線車胎胎麵的生熱性主要與其損耗模量(E)有關(guān)。由此可知，炭黑A在這種膠料中的預(yù)測生熱性與N121和N110相同，比N115稍低。這些補(bǔ)強(qiáng)性和滯後性和先前已討論過的炭黑A的結(jié)構(gòu)-細(xì)度-空隙率關(guān)係相一致。
    這些胎麵炭黑的伸長率在560%-607%的範(fàn)圍內(nèi)，炭黑A的伸長率為591%，和N110相同。這四種胎麵炭黑在165℃下的流變儀硫化速率測定值(T90)都相同。
    就門尼粘度這一特性而言，觀察到炭黑A在此膠料中達(dá)到了*低程度(69.6單位)。這個較低的門尼粘度特性意味著，用這種新胎麵炭黑替代常規(guī)品種的胎麵炭黑也不會負(fù)麵影響胎麵膠料的加工特性。
    和N121相比較，炭黑A具有更低的模量(靜態(tài)模量和彈性模量)、稍高的滯後性和相近的拉伸強(qiáng)度，其硬度也稍低。而且還觀察到，炭黑A在橡膠內(nèi)的兩個相關(guān)特性即抗撕裂強(qiáng)度和胎麵耐磨特性都有所改善。還用NR胎麵膠料的抗撕裂強(qiáng)度對炭黑A、N115和N121進(jìn)行了比較。炭黑A的抗撕裂強(qiáng)度和N115的相同，同時大大地高於N121。就不連續(xù)撕裂指數(shù)而言，我們可以看到一個差彆不大的相似結(jié)果。在胎麵耐磨性方麵，炭黑A和N121相同，但比N110好得多。
    由上述情形明顯可見，在TBS/RT中炭黑A的性能比常規(guī)胎麵炭黑優(yōu)越。這些改進(jìn)的性能是：抗撕裂強(qiáng)度更大、胎麵耐磨性更高、生熱性更低和滾動阻力更小。
     實(shí)驗(yàn)2-NB/BR胎麵
    表8列出了在NR/BR胎麵中炭黑A與N110、N115、N121以及N234的橡膠性能和預(yù)測輪胎性能。就補(bǔ)強(qiáng)性和回彈性而言，炭黑A的性能優(yōu)勢和它在實(shí)驗(yàn)1的NR膠料中的性能優(yōu)勢是一致的。正如預(yù)期的一樣，與N234相比，炭黑A具有稍低的定伸應(yīng)力、相同的硬度、稍高的拉伸強(qiáng)度和更低的回彈性。
     表8 炭黑在NR/BR胎麵膠料中的特性
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     炭黑A N115 N110 N121 N234
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     應(yīng)力-應(yīng)變持性
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    300%定伸應(yīng)力，MPa 9.43 7.53 8.69 12.07 10.26
    拉伸強(qiáng)度，MPa 23.11 21.66 21.61 22.83 22.06
    伸長率，% 593 616 634 519 556
    肖氏硬度 55 53 54 56 55
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    滯後性
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    ZWICK回彈率，% 53.0 51.5 50.2 52.5 51.8
    生熱性，℃ 49.5 52.2 50.6 49.4 48.3
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     破壞試驗(yàn)
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    割口增長，KG 97.2 61.8 86.0 78.8 55.2
    疲勞，焦燒壽命，KC 706 636 673 607 692
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     動態(tài)性能-滾動阻力條件
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    E'，MPa 7.88 6.89 6.97 8.10 7.17
    E"，MPa 1.25 1.18 1.19 1.25 1.10
    預(yù)定滾動阻力，% 88.3 91.4 91.4 8.77 8.77
    tanδ 0.159 0.171 0.171 0.154 0.153
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     動態(tài)特性-牽引性條件
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    E"，MPa 1.26 1.23 1.18 1.32 1.26
    D"，1/MPa 0.0295 0.0325 0.0304 0.0257 0.0295
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     改進(jìn)VEITH褲形撕裂特性
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    撕裂強(qiáng)度，kN/M 62.3 56.6 57.0 39.0 61.1
    不連續(xù)撕裂指數(shù)， 18.5 18.1 17.9 10.3 22.2
    kN/M
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    這些胎麵炭黑的伸長率在519%-634%的範(fàn)圍內(nèi)，炭黑A(593%)的伸長率比N110(634%)和N115(616%)的小(見表8)。這些胎麵炭黑在這種胎麵膠料中的流變儀硫化速率都相同。炭黑A表現(xiàn)出來的生熱性和預(yù)定滾動阻力和N121相等。炭黑A的生熱性稍高於N234，其預(yù)定滾動阻力幾乎和N234的相等。
    和N110相比較，炭黑A在這個膠料中的彈性模量比在實(shí)驗(yàn)1的NR胎麵膠料中的高，其性能接近N121的性能。在E"中N234的特性接近於N110和N115。NR/BR膠料的各種模量特性比NR膠料更相似。炭黑A的E"值比N110和N115稍高，與N121的E"值不相上下，而高於N234。炭黑A濕路麵牽引性與N121相當(dāng)。而比N110、N115或N234稍高。炭黑A的乾路麵牽引性稍低於N110和N234，不及N115，而高於N121。
    在實(shí)驗(yàn)2中，疲勞和割口增長特性是通過孟山都疲勞破壞試驗(yàn)機(jī)來測定的。疲勞數(shù)據(jù)和胎麵炭黑的滯後性並冇有關(guān)係。炭黑A疲勞特征壽命與N110和N234相當(dāng)，而比N115和N121長。就抗割口增長性而言，炭黑A是實(shí)驗(yàn)2中所有這些胎麵炭黑中*好的，其次是N110。就褲形而撕裂特性而言，炭黑A的抗撕裂強(qiáng)度稍高於N110和N115，但比N121大得多。不連續(xù)撕裂指數(shù)也是一樣。