炭黑在天然橡胶中的分散规律及其对胶料性能的影响研究

作     者：谢上盛 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何飞

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：炭黑 天然橡胶 结构度 分散 佩恩效应 

摘      要：本研究来源于双钱集团双钱载重轮胎研究所与双钱集团双钱载重轮胎有限公司。炭黑的分散对胶料的混炼质量与压出压延工艺影响很大。本研究针对不同特性的炭黑在天然橡胶中分散性的影响规律展开研究,进而为制定合理炭黑采购技术标准和改善工厂加工工艺提供理论和实验支持。本文针对三种不同结构度炭黑、含大粒径(粒径≥2μm)炭黑颗粒的N330炭黑、不同粒径的N234炭黑,通过对炭黑粒径测试、炭黑氮吸附(determination of multipoint nitrogen surface area,NSA)、碘吸附、邻苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phthalate,DBP)吸油值、压缩DBP(compressed DBP,CDBP)吸油值、着色强度方法检测对炭黑的结构度、粒径的表征,在标准配方与实用配方中,借助常规的力学性能、动态力学分析(dynamic thermomechanical analysis,DMA、rubber process analyzer,RPA)、炭黑分散度等分析测试方法,分别研究了炭黑在天然橡胶中分散行为,并对其硫化胶力学性能进行了讨论。研究结果表明,对3系列炭黑,炭黑结构度越高,炭黑与橡胶之间越容易结合,炭黑分散效果越好。随着炭黑结构度的增加,其硫化胶的拉伸强度增加、拉伸强度降低、扯断伸长率增加,但胶料的屈挠性能差,压缩生热高。对2系列和1系列炭黑,炭黑结构度越高,佩恩效应越显著,凝胶含量越高,炭黑分散效果差。随着炭黑结构度的增加,其硫化胶的拉伸强度增加、拉伸强度增加、扯断伸长率降低,老化前屈挠性能好,但老化后屈挠性能变差。含/不含大粒径(粒径≥2μm)炭黑颗粒的N330炭黑在橡胶中的分散性研究表明,大粒径炭黑颗粒始终存在于胶料中,影响炭黑在橡胶中的分散,其硫化胶定伸应力降低、拉伸强度降低、屈挠性能下降。混炼胶中添加不同粒径的N234炭黑的研究结果表明,炭黑粒径越小,其在混炼胶的分散度越差,佩恩效应越明显,压缩生热性能越差,硫化胶生热越大,湿滑性能越差。其硫化胶老化前拉伸强度及扯断伸长率越大;老化后,胶料的拉伸强度越低,扯断伸长率越大。