THERMAX中粒子热裂解法炭黑与N660在卤化丁基轮胎气密层中的并用
THERMAX中粒子热裂解法炭黑N990是天然气热裂解而生成。热裂解工艺使得炭黑具有粒径大和结构低的特点。THERMAX炭黑可在卤化丁基橡胶（BIIR，CIIR）轮胎气密层的应用中与通用炉黑并用。使用N990炭黑可获得如下性能优势：
--相比单独使用通用炉黑，在卤化丁基气密层中的填充度更高
--炭黑填充量高的情况下，降低气密层的透气性
--通过提高炭黑填充量来降低胶料成本
--可降低气密层厚度来节约成本
以下数据是THERMAX N990作为BIIR轮胎气密层胶料的填充料的应用。
配方
|
对照样品 |
#2 |
#3 |
#4 |
Polysar 溴化丁基2030 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
N660 炭黑 |
60 |
- |
20.0 |
30.0 |
THERMAX N990炭黑 |
- |
110.0 |
90.0 |
80.0 |
硬脂酸 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
Pentalyn A, Hercules增粘剂 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
Sunpar 2280 石蜡油 |
7.0 |
7.0 |
7.0 |
7.0 |
MBTS（Vulkacit DM/C） |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
氧化锌 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
硫磺 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
|
|
|
|
总计 |
176.8 |
226.8 |
226.8 |
226.8 |
|
对照样品 |
#2 |
#3 |
#4 |
THERMAX N990 |
-- |
110.0 |
90.0 |
80.0 |
N660 炭黑 |
60 |
-- |
20 |
30 |
|
|
|
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|
胶料性能 |
|
|
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|
胶料粘度 |
67.5 |
55.1 |
64 |
67.9 |
（ML + 4@100℃） |
|
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|
门尼焦烧时间 |
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（t5@138℃） |
12.0 |
11.8 |
9.0 |
8.4 |
（t35@138℃） |
18.7 |
24.1 |
22.5 |
21.1 |
|
|
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|
Monsanto 硫变仪 @166℃ (1°弧度，50 极限) |
||||
MH(dN.m) |
19.61 |
15.52 |
18.78 |
20.29 |
ML |
7.13 |
5.72 |
6.75 |
7.18 |
Delta torque |
12.48 |
9.6 |
12.03 |
13.11 |
tc50(min) |
4.95 |
6.13 |
5.77 |
5.53 |
Tc90(min) |
9.05 |
16.87 |
10.95 |
9.97 |
Ts1(min) |
2.89 |
3.85 |
3.01 |
2.74 |
|
|
|
|
|
硫化前强度 |
||||
Stress@100% elong(MPa) |
0.335 |
0.238 |
0.289 |
0.303 |
Stress@300% elong(MPa) |
0.192 |
0.136 |
0.171 |
0.165 |
Stress@500% elong(MPa) |
- |
0.093 |
0.109 |
0.104 |
Peak Stress (MPa) |
0.359 |
0.284 |
0.328 |
0.349 |
Ultimate tensile (MPa) |
0.076 |
0.152 |
0.155 |
0.158 |
Ultimate elongation(%) |
466 |
1078 |
1136 |
1134 |
|
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|
|
|
硫化后性能 |
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|
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|
硫化30分钟@166℃ |
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|
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硬度, Shore A2 |
64 |
71 |
68 |
70 |
Modulus@100%elong(MPa) |
1.5 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
Modulus@300%elong(MPa) |
4.9 |
2.0 |
3.3 |
3.9 |
Modulus@500%elong(MPa) |
8.0 |
2.4 |
4.2 |
4.7 |
Tensile strength (MPa) |
9.9 |
4.7 |
5.9 |
6.5 |
Ultimate elongation(%) |
710 |
860 |
780 |
745 |
DeMattia 裂口扩展 –老化 168h@120℃ |
>250 |
25 |
>250 |
>250 |
透气性@65℃(Q x log8) |
2.9 |
2.5 |
2.4 |
2.4 |
Pirelli 粘接@100℃ -恒定容积模具（对典型NR胎体胶 –kNm） |
10.3 |
9.6 |
8.3 |
10.9 |
胶料性能
使用110份THERMAX N990的胶料粘度降低，但在80/30并用N990/N660时等同于仅使用N660的对照胶料。与对照胶料样品相比，使用N660在138℃的焦烧时间略有缩短，但时间35点上升，并且在166℃时ts1是有利的。
确实，单独使用N990生胶强度低。这是因为低结构/大粒径炭黑的非补强特性。引入N660可将填充N990胶料的生胶强度提高到适当水平，基本上介于N990胶料和对照胶料之间。
硫化性能
与对照胶料相比，使用110份N990的胶料硬度高7点，使用80/30比例并用N990/N660的胶料高7点。
作为填充N990胶料的典型效果，定伸和拉伸强度都低。尽管提高N660的用量后有提升，但仍低于对照胶料。然而，该胶料提供的拉伸强度水平，完全可以满足轮胎气密层防止帘布突破的要求。
在Pirelli粘接测试中，所有胶料的胎体粘接性能相似。
透气性
炭黑是不透气的，所以为减少透气的橡胶的体积份数，应在气密层胶料中填充尽可能高的炭黑。卤化丁基橡胶用在轮胎气密层中提供最大的气密性、屈挠寿命和耐热性能。由于热裂解法炭黑的非补强性能， 它可以比其它炭黑填充度更高，所以可以提高卤化丁基气密层的不透气性。使用110份N990炭黑的胶料显示可以比使用60份N660的对照胶料提高气密性大约14%。
成本降低
110份炭黑的高填充度是为了降低胶料中聚合物的体积份数。由于BIIR和其它卤化丁基橡胶的成本比热裂解法炭黑要高许多，轮胎生产厂商通过提高炭黑的填充度可以显著节约成本。
因为提高炭黑填充度可以改善气密性，那么炭黑填充度高，就可以在不牺牲气密性的前提下将气密层厚度降低。假设所有的炭黑具有相似的透气性能，填充110分炭黑的胶料可在气密层厚度变薄时获得相同的气密性。最终结果是气密层更薄加上高填充度的炭黑，可以使轮胎重量降低。尽管大多数乘用胎厂商已经“最薄化”，其它较厚的卡车/巴士轮胎也可以通过降低厚度，减少成本高昂的聚合物含量来达到显著节约成本的效果。
总结
在BIIR轮胎气密层胶料中高容量填充炭黑的评测显示，并用80份N990和30份N660将获得必要的物理性能，同时可显著提高气密层的不透气性能。非补强、大粒径和低结构的热裂解法炭黑N990，在胶料中填充替代聚合物而有显著节约成本的效果，并且还可降低气密层的厚度来进一步节约成本。