NC8515炭黑在橡胶中应用研究

① 陈新中 ②陈嘉璇 ①蔡强 孟巧玲(① 山东耐斯特炭黑有限公司，②山东潍坊学院化工学院)

一. 前言

NC8515炭黑是一种高结构中等比表面积和粒径的高耐磨炭黑，它能赋予橡胶更好的耐磨性能和较低的生热性，其耐磨性能与N234相当，但其生热性与N351相当，是一种可以取代N234炭黑，但性能优于N234炭黑的新炭黑品种，主要应用于全钢子午线轮胎和半钢子午线轮胎的胎面、需要高耐磨及低生热的传送带、输送带行业。本文主要从橡胶基本配方研究NC8515炭黑的性能，并采用半钢子午线轮胎的实验配方进行论证，从而研究此炭黑品种的性能及对橡胶性能的影响。

二、 实验部分

１. 实验所需材料：

天然橡胶：泰国1#烟片胶

氧化锌：天津科密欧化学试剂有限公司生产

硬酯酸：国药集团化学试剂有限公司

硫磺粉：山东单县尚舜化工有限公司

促进剂DZ：山东单县尚舜化工有限公司

N234炭黑：山东耐斯特炭黑有限公司产品

N134炭黑：山东耐斯特炭黑有限公司产品

NC8515炭黑：山东耐斯特炭黑有限公司产品

N375炭黑：山东耐斯特炭黑有限公司产品

２. 实验所需仪器

拉力机：上海嘉杰试验仪器有限公司生产

DIN磨耗机：台湾高铁实验仪器公司生产

阿克隆磨耗机：台湾高铁实验仪器公司生产

氮吸附比表面积分析仪：美国麦克公司产品

吸油计：德国布拉本特公司产品

压缩吸油机：中橡炭黑工业设计研究院生产

万分之一天平：梅特勒.托利多

红外水份测定仪：梅特勒. 托利多

着色强度仪：美国HunterAlab产品

硫化机：上海化机厂

炼胶机：上海化机厂

烘箱：上海化机厂

振荡机：上海化机厂

门尼硫变仪：阿尔法特公司生产

老化箱：台湾高铁实验仪器公司

３. 实验标准配方及实验条件如下

实验1以橡胶标准配方作为依据，通过对比NC8515、N134、N234、N375炭黑及其混炼胶的拉伸强度、拉断伸长率、100%定伸应力、300%定伸应力和DIN磨耗数据，分析对比NC8515炭黑与N134、N234及N375炭黑对橡胶性能的影响，来评价NC8515炭黑的优缺点;实验2采用半钢子午线轮胎工业配方，在实验室进行小配合实验，研究NC8515炭黑应用于胎面胶配方中性能。

二. 实验结果讨论

1. 各品种炭黑的分析数据

按照炭黑的分析方法对表征炭黑性能的几个指标进行了分析，分析结果如表1.

小结：由上表可以看出，相对于N134和N234炭黑来说，NC8515炭黑的粒径较大，比表面积较低，结构较高，但相对于N375来说，NC8515炭黑的粒径与N375相当，结构更高。在表面残油方面，NC8515表面的残油较多，其表面活性较强。

2. 橡胶标准配方实验物性分析

研究轮胎标准配方中各炭黑对胶料性能的影响，我们分析了胶料的拉伸强度、扯断伸长率、100%定伸应力、300%定伸应力、胶料比重、DIN磨耗指数，其分析结果如表2.

小结：

Ⅰ.　NC8515因其具有较高的100%定伸应力和300%定伸应力，因此其拉断伸长率较低，

Ⅱ.　NC8515的300%定伸和100%定伸应力在此四种炭黑中最高，其DIN磨耗指数也最高，因此DIN磨耗与胶料的定伸应力具有正相关性。

Ⅲ.　DIN磨耗指数与胶料的拉伸强度相关性不强

Ⅳ.　DIN磨耗指数越高，耐磨性越好。

3. 工业配方小配合实验数据讨论

工业配方的小配合实验我们在相关的配方及工艺条件下，用等量的NC8515炭黑替代N234炭黑，分析两种炭黑的混炼胶及丈母化胶的门尼、硫变、焦烧、老化性能，耐撕裂性能、变形及磨耗指数，对比性能的变化，为工业化实验寻求替代依据。

3.1  两种硫化条件下硫变仪测量数据对比

小结：表3.表4可以看出，硫变性能中ML、MH两种炭黑没有明显差异，硫化时间方面两种炭黑相差不大，表征正硫化时间的T90虽有差异，但差异在可以接受的范围内。

3.2  研究两种炭黑补强的胶料门尼及焦烧，其数据列于表5

由上表可以看出：用N234炭黑填充的胶料门尼粘度比用NC8515炭黑填充的胶料高2度，焦烧时间是用NC8515炭黑填充的胶料更长，加工安全性更佳。

3.3 研究在1500C条件下硫化不同时间，两种不同炭黑的小配合实验，胶料的各项物理性能对比如表6、表7、表8。

由上表可以看出：对应于NC8515炭黑填充的硫化胶和N234炭黑填充的硫化胶，胶料的硬度N234炭黑填充的硫化胶老化前高4度，老化后相当，老化前后两种炭黑填充的硫化胶拉伸强度和定伸应力无明显变化撕裂强度也未见明显变化，但用NC8515填充的硫化胶的永久变形老化前后均优于用N234炭黑填充的硫化胶。

小结：由上表可以看出，在硫化温度为150℃，硫化时间为18min时分析两种炭黑填充的硫化胶老化前后性能，胶料的硬度N234炭黑填充的硫化胶比NC8515炭黑填充的硫化胶均高2-3;老化前后的拉伸强度、伸长率及100%定伸应力、200%定伸应力和300%定伸应力均无明显变化;撕裂强度表现一致，永久变形及磨耗量、DIN磨耗指数相当，表明两种炭黑的耐磨性相当，压缩生热方面，用NC8515炭黑填充的硫化胶压缩温升老化前后均比N234炭黑填充的硫化胶低50C，表明此种炭黑的耐磨性优异，生热降低。

小结：由上表可以看出，在硫化温度为150℃，硫化时间为30min时，分析两种炭黑填充的硫化胶老化前后性能，胶料的硬度老化后具有上升趋势，拉伸强度老化后比老化前略有下降，同时NC8515炭黑填充的硫化胶拉伸强度比N234炭黑填充的硫化胶拉伸强度老化前后均低约1.0Mpa  ，伸长率两种胶料差异不明显，但老化前后夹击比老化前均有明显下降，定伸应力两种胶料无明显差距，永久变形方面，用NC8515炭黑填充的胶料明显低于用N234炭黑填充的胶料，主要原因应该是NC8515炭黑的高结构所致，撕裂强度方面两种硫化胶无明显差异。

三．实验结论

1. NC8515炭黑化学性能类似于N300系炭黑，其粒径类似于N375，结构类似于N343，是一种高结构中等经表面积的非标准炭黑。

2.  对比用橡胶的标准配方混炼的胶料性能，用NC8515炭黑填充的胶料与N134、N234、N375炭黑填充的胶料，在100%定伸应力和300%定伸应力上均明显偏高，相差约1Mpa，伸长率略低，但DIN耐磨指数方面，NC8515炭黑最高，与N134炭黑相近，明显高于N234炭黑和N375炭黑，此应该与该炭黑具有较高的结构和高的定伸应力有关。

3.  对比工业化小配合实验配方，用NC8515炭黑填充的胶料与N234炭黑填充的胶料性能，硫化时间为11min和30min，老化前后表现的趋势相同，两种胶料的性能没有明显差异，但在永久变形方面，NC8515填充的胶料明显好于N234炭黑填充的胶料，主主要取决于NC8515炭黑较高的结构，其胶料的弹性好，变形低，在压缩温升方面，用NC8515填充的胶料老化前后压缩温升明显低于用N234炭黑填充的胶料，平均降低幅度达到50C，表明NC8515炭黑的压缩生热低，但DIN磨耗两者的胶料表现相当。

4.  综上所述：NC8515炭黑在工业化配方中完全可以等量替代N234炭黑，且其胶料的性能得到了很大提高，不仅其耐磨性相当，其压缩生热明显降低，这是目前轮胎行业追求的目标。