白炭黑在轮胎中的使用特点

白炭黑（二氧化硅）（SiO2·nH2O）：

本品有沉淀法白炭黑和气相法白炭黑，均以SiO2为主要成分，系白色无定形粉状物，质轻而松散，有吸潮性。因制造条件和牌号不同，质量有很大区别。气相法白炭黑：SiO2含量99%以上，平均粒径8～15nm，表面积200～380m2/g，相对密度2.10，pH值3.9～4.0，水分1.0～1.5%，吸油值1.50～2.00 cm3/g；沉淀法白炭黑：SiO2含量87～95%左右，平均粒径16～100nm，表面积40～170m2/g，相对密度1.93～2.05，pH值5.7～9.5，水分6%左右，吸油值1.60～2.40 cm3/g。

白炭黑在橡胶工业中主要作补强剂，补强效果超过任何一种其它白色补强剂。补强性能主要取决于表面积、结构性和表面化学性质。气相法白炭黑与沉淀法白炭黑相比，前者的胶料有较高的硬度、定伸应力、拉伸强度、撕裂强度。含有气相法白炭黑和气相法白炭黑/炭黑并用胶料的耐磨性比沉淀法白炭黑胶料高很多，但含气相法白炭黑胶料的永久变形较高。

白炭黑与炭黑相比，表面积更高，粒子更小。表面积大，则活性高，硫化胶拉伸强度、撕裂强度、耐磨性也高，但弹性下降，混炼胶的粘度增大。白炭黑的表面官能团与炭黑的表面官能团完全不同，白炭黑表面上有硅氧烷或硅烷醇基团，其表面具有很强的亲水性（炭黑一般具有疏水性），易吸水，吸水多时，胶料门尼粘度下降，并促使“焦烧”时间缩短。白炭黑在胶料中会吸附促进剂，使胶料硫化迟延。当pH值在8以上，硫化速度很快，当pH值在5以下，硫化速度很慢。采用密炼机混炼，可使白炭黑分散均匀。白炭黑用量高时，会使胶料变硬，故需加入软化剂，常用的软化剂有硬脂酸、凡士林、古马隆树脂等。

白炭黑适用于天然橡胶和合成橡胶，在NR/SBR、NR/BR并用的载重胎面中，加入5～10份沉淀法白炭黑代替部分炭黑能改善胶料的撕裂强度，减少崩花、掉块。在使用偶联剂的SBR1712/BR并用的乘用胎胎面胶料中，用沉淀法白炭黑代替N339炭黑后，胶料定伸应力、拉伸强度、撕裂强度等可达到用炭黑的水平，而且可降低生热，耐磨性也可接近用N339炭黑的水平。在胎体胶料或帘布胶料的粘合配方中，采用白炭黑可提高胶料与骨架材料的附着力，所谓直接粘合体系就是采用间苯二酚/六亚甲基四胺/白炭黑体系。

在使用白炭黑的配方中，可根据需要选用适当的偶联剂，以使胶料得到更好的性能。胶料中加入适当偶联剂后，一般可使混炼胶粘度下降，正硫化时间缩短；硫化胶拉伸强度、定伸应力、撕裂强度、耐磨性（包括路面磨耗指数）提高；硫化胶生热、永久变形及伸长率下降；硫化胶硬度变化不大。

1、白炭黑生产流程：

粗矿石+NaCO3→熔炉加热（华氏2700度）→加水形成硅酸钠→加酸中和形成沉淀物→冲洗、过滤、干燥→无定形水合SiO2

2.白炭黑应用特点

(1)没有硅烷偶联剂偶联

—      提高抗撕裂性能

—      提高抗割口增长

—      提高粘性作用

—      抗老化性能

—      中性颜色

—      硬度/挺性

(2)有硅烷偶联剂偶联

—      提高弹性

—      提高高频滞后性

—      改善磨耗性能

—      抗老化性能

—      中性颜色

—      硬度/挺性

(3)重要的胶料方面影响

—      高粘性

—      较低的硫化速度

—      较低的300%模量

3、通用白炭黑对胶料的影响

(1)当白炭黑表面积增大时，胶料性能：

—      粘性↑

—      永久变形↑

—      生热↑

—      抗撕裂性能↑

—      回弹性↓

—      耐磨耗性↓

—      硫化（Ts2、T50）↑

(2)有无硅烷偶联剂偶联时，物性影响：

	无硅烷偶联剂	有硅烷偶联剂
粘度 永久变形 生热 抗撕裂性能 回弹性 抗磨耗性能 硫化（Ts2、T50）	↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑	↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ -

4、沉淀法白炭黑的表面基团

(1)白炭黑是一种具有表面活性基团的高极性粒子

—      通过表面Si-OH基团形成氢键

(2)白炭黑表面由于有多种官能团而具有亲合力

—      硅烷基

—      胺基

—      醇基/二元醇类

—      水

—      金属盐

—      极性碳氢烃类

—      SiO2粒子

—      脂肪族碳氢化合物

5、白炭黑的基础研究

a、确定定性的白炭黑性能和使用独立橡胶配方的胶料物性数据库

b、对可用的白炭黑的测试

c、确保严格的布拉本德混炼工艺

—      配合剂使用的连续性

—      电子监控所有的混炼参数

d、检测重要轮胎胶料物性

硫化、应力/应变、撕裂、割口增长、动态粘弹响应

e、对相关的数量关系进行计算机分析

—      白炭黑和橡胶的工艺性能

—      白炭黑和橡胶的物理性能

6、胶料的数据库

在标准配方中评价物性

标准的加入次序和混炼时间，发展使用带有班伯里绞刀的电控布拉本德混炼机

标准的CM64实验

—      混炼能量

—      分散速度

—      流变仪（焦烧、硫化时间、转距）

—      强度与伸长率（模量、扯断伸长率、扯断强度）

—      23和100℃硬度

—      23和100℃下回弹

—      撕裂强度（破坏能）

—      德墨西亚屈挠试验

—      流变仪

—      G’(补强作用)G’’(滞后作用)

7、沉淀法白炭黑的优点

(1)在胎冠胶中

有偶联剂

—      低滚动阻力

—      好的湿抓着力

—      好的胎冠撕裂

没有偶联剂

—      抗屈挠、疲劳

—      抗冠脱、崩花、撕裂

(2)在白胎侧中

—      白色

—      撕裂强度

—      耐磨性

(3)带束层下填充胶中

—      挺性

—      低滞后

(4)带束层中

—      挺性

—      低滞后

—      与钢丝粘合和自粘性

—      抗屈挠疲劳性

(5)胎体中

—      胶线粘合

—      自粘

(6)钢圈隔离胶中

—      挺性

—      低滞后

(7)内衬层

—      低滞后

—      抗屈挠疲劳性

(8)子口包布及三角胶条

—      挺性