中粒子热裂解炭黑N990在轮胎气密层中的应用

这份报告提供了关于THERMAX N990和MFT炭黑在溴化丁基轮胎气密层中的应用结果。
胶料的制备是，由位于美国俄亥俄州阿克隆城的BF GOODRICH实验室在1998年秋天完成的。除了低温刚度测试在阿克隆橡胶开发实验室进行，气密性测试在阿克隆聚合物实验室进行，其它所有的测试由BFGOODRICH完成。
基本配方来自于CANCARB原先在轮胎气密层的研究。对于炭黑方面，在3种新的测试胶料中进行了调整并予注明。这4种胶料被按照ABCD的顺序进行了标识。D胶料使用了一种处于开发阶段的“中细粒子热裂解”的热裂解炭黑。

测试配方

物理性能

在使用了热裂解炭黑的胶料中粘度是明显较高。这与CANCARB早期研究中使用热裂解炭黑的胶料粘度与对照胶料相近的结果形成对比。
这4种胶料显示了相似的焦烧性能，ts10到ts35证明了这一点。这与以前的报告也形成对比，早先报告显示使用了热裂解炭黑的胶料具有更好的焦烧安全性（但热裂解炭黑的用量不同）。到硫化开始的时间也与以前的实验相似（约18-19分钟）
流变仪的数据显示了tc50和tc90的类似扭矩性能。Tc95的时候使用了热裂解炭黑的胶料大大延长了硫化时间。这将预示着将会有更高的炭黑填充度，可减缓硫化过程。这些可以通过使用更高量的促进剂来进行调节。
应力-应变特性，虽然不是真正的直接与气密层的应用相关，使用热裂解炭黑的胶料拉伸强度较低也是典型性能。而使用热裂解炭黑的胶料的相对较低的扯断伸长率和比较高的硬度，可能是由于炭黑的高填充造成的。
裂纹增长（美国ASTM D813）和抗撕裂性（美国）是测量疲劳性能的实验，在下一步的介绍中，耐疲劳性是气密层应用中最关键的性能。DeMattia裂纹增长实验表明，对照样品周期次数的增加抗裂纹扩展性也较高。中细粒子热裂解炭黑的胶料与对照样品具有同样的抗撕裂性，而使用N990的胶料的抗撕裂性略低。关键是使用热裂解炭黑的胶料是否具有足够的耐疲劳性能，这将需要轮胎工业的判定。
使用BFGoodrich方法进行的粘接测量实验，使用的是Instron1122系统，并没有美国ASTM的标准测试，但是BFG的方法是整个轮胎工业理解和认可的。简而言之，一片气密层样品夹在两个压延好的标准聚酯胎体材料中，然后测试每个样品宽度的剥离力，更大的用力意味着更好的附着力。对照样品显示出“不平衡的撕裂”与附着力差，而使用热裂解炭黑的样品表现出较好的粘合性和光滑的剥离。使用了80份N990和30份N660的胶料能体现出最好的性能。

透气性能

BFGoodrich没有测试气密性能的能力，所以委托在阿克隆的高分子实验室（APL）进行透气性实验。APL按照美国ASTM 标准D1434，方法V进行了这项测试，使用气体在48psi @35度。针对4种不同的测量提供了报告，每个胶料取3个样品然后使用平均值报告。不幸的是实验结果不相一致，APL与BGF对此也表示担心。
然而，在平均值的基础上，有两个一致性的结果，首先是，CANCARB的中粒子热裂解炭黑的胶料（热裂解炭黑90份，N660 30份添加）显示的渗透量最少。也就是说，其在所有4个值的平均渗透量是最少，第2个是使用了60份的N660的对照样品, 数据表明其渗透量最大。因此，检验报告可以支持热裂解炭黑可以有更好的气密性能，当然需谨慎对待检验结果。在表中提供了两个报告的数值：

阿克隆高分子实验室-空气渗透结果：48psi 35°C（3样本平均值）

低温刚性

这里进行了两个测试以衡量应用在轮胎气密层中的胶料的低温刚性。第一个是动态性能的评估，即动态力学损耗因子，在-100°C至20°C的温度变化条件下，使用工业标准的Rheometrics 固体分析仪RSA II测试。这个试验是参照ASTM Ｄ5279标准下进行的。第二个测试是低温下变硬的标准方法：使用柔性聚合物以及涂层纤维，参照标准ASTMＤ1053-92 方法A。这个测试通常被称为Gehman 扭力测试，是由固特异公司的Gehman博士设计的。这些测试都是在低于正常温度的条件下测量橡胶变硬的。

Rheometrics固体分析仪测试在很大范围的变化温度中的动态力学损耗因子数值。与其他测试橡胶动态性能的实验一样，较低的动态力学损耗因子数值表明产品具有较好的柔软性和弹性。下表中显示了实验数据：
气密层：Rheometrics RSAII 低温动态性能

在不同温度下对4个样品的动态力学损耗因子数值呈现一种相似的趋势。对于对照样品，温度在-10°C左右时扭矩就降为零，而使用了热裂解炭黑的样品一直维持到10°C的时候。动态力学损耗因子值最低的为MFT胶料，其次是90/30的N990胶料。这两个样品中热裂解炭黑的填充量都是最高的。
“Gehman扭矩”低温刚性实验是在阿克隆的高分子实验室中按照ASTM D 1053-92a的标准进行的。这个实验证明了在低温条件下橡胶的刚性。具体的实验方法是，把样品固定在一头，扭曲旋转180°，然后长时间的暴露在低温的条件下，一定间隔测量值，记录温度，时间，和角度的变化。t2记载了两倍于室温下的硬度，t100是100倍于室温的硬度。

相对模量温度，°C

按照美国ASTM标准，胶料的温度控制使得产品具有玻璃化，或者胶化状态。从总体上看，使用了热裂解炭黑的胶料具有更好的低温抗性。样品C9030相对于B8030相似，都具有t100温度。由于上述结果，并且从动态性能和低温度数据动态力学损耗因子看出，一般的结论可能是热裂解炭黑不使得低温性能显著提高。但是，它最起码能保持相同数值切不会损坏原胶料的物理性质。因此，通过降低成本而替代比较昂贵的卤化丁基橡胶，而其更好的气密性是在气密层应用的主要原因。