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硅烷偶联剂在高填chong白炭黑轮胎胶liao中的ying用

zhi备沉淀法白炭黑的工艺有多种,例如水溶性硅酸盐沉淀he硅酸钠溶液与硫酸反ying。白炭黑表mian有硅烷he硅醇化学官neng团,硅醇或羟基基团是酸性的。此外,由yu这种填liao表mian是ji性he亲水的,因此有强烈的吸潮性。当白炭黑用yu轮胎,nai至任何橡胶zhi品shi,上述dute的性neng带来了无数的问题。例如,当添加大量白炭黑shi,胶liao粘秖ue蠓壬,给胶liao加工性neng造cheng了不良影响,而qie还会造cheng加工设备过度磨sun。有关研jiu表ming,向NR胶liao中添加大量的炭黑shi,胶liao粘度上升可nengzhu要归因yu白炭黑与白炭黑之间强烈的相互zuo用。此外,酸性的白炭黑yan迟了硫黄硫化tixi的硫化反ying速度,yan长了硫化shi间,降低了交联mi度。为了促jin白炭黑在橡胶zhi品中更广泛的ying用,必须排chu这些加工问题。双官neng有机硅烷是为用yu硫黄硫化tixi而设ji的。这类材liao加入配方中,有助yu通过减弱白炭黑与白炭黑之间的相互zuo用,降低胶liao粘度,通过防止酸性白炭黑gan扰硫黄硫化tixi反ying机理gai善硫化性neng。双(3 三 yi氧基硅bing基 )四硫烷(TESPT),ye称zuoSi69偶联剂,是适用yu硫黄硫化tixi的硅烷。ben研jiu的目的是考察zhu渐加大配方中TESPT硅烷用量对某些han高填chong量白炭黑NR胶liao门尼粘度he硫化性neng的影响。

1 原材liaoshi验了5种pu通促jin剂/硫黄硫化胶liao(jian表1)。这些胶liao中均han有60fen沉淀法白炭黑UltrasilVN3,分别han0,3,5,7he10fenTESPT。使用前白炭黑在18℃he相对湿度为76%的条件下停放8个星期,han水lv为5.7%,pH值为5.9,平均粒径yue为19nm。白炭黑在加入胶liao中之前,先在huan境温度(23℃)下玻li容器中喷tu硅烷。使用的橡胶为L级标准马来xi亚NR。chu生胶he填liao外,还添加了一些配合剂(jian表1)。



2 混炼混炼采用ju有对转啮合式转子的肖蕏i停幔颍4型K1mi炼机。在ben研jiushi验中,使用水lingquexi统将转子he混炼shi的温度保持在40℃。使用ChronosRichardsonSi1000软件控zhi混炼条件he贮存数据。混炼shi容积为5.5L,zhi备shi验胶liao的填chong因数为0.5。每种胶liao的混炼条件jian表2,混炼过程中的温度与shi间关xi如图1所shi。



3 胶liao性neng

  使用单速旋转式门尼粘度ji测量了100℃下胶liao的门尼粘度[ML(1+4)]。gen据蟣v絡i算了焦shaoshi间ts2(转矩升至超过最低转矩2个单位所需的shi间)he正硫化shi间t95(达到95%最大转矩的shi间),jian图2。Mn=0.95(MH-ML)+ML式中,Mn为与gen据硫化曲xian[图3(a)~(d)]测定的胶liao硫化95%shi对ying的新转矩du数,而硫化曲xian是用振荡圆盘硫化仪在(140±2)℃,±3°摆角he1.7Hz条件下huode的。硫化速度指数与硫化曲xian陡区硫化速度的平均斜lvcheng正比,采用公式100/(t95-ts2)ji算。

  门尼粘度测量值he硫化仪shi验所de的结果如表3所shi。

4 shi验结果

4.1 门尼粘度图4shi出了门尼粘度与硅烷用量的关xi。当硅烷用量增大到7fenshi,胶liao粘秖ue234个门尼单位降至121个门尼单位。有趣的是当硅烷用量jin一步增大到10fenshi,对粘度几乎不再有影响,粘度基ben上保持在120个门尼单位左右。

4.2 焦shaohe正硫化shi间图5he6shi出了焦shaoshi间ts2he正硫化shi间t95与硅烷用量的关xi。

  当胶liao中加入3fen硅烷shi,胶liao的焦shaoshi间从34min大幅度降至7.5min(jian图5)。但是从图中可以看出,当硅烷用量zhu步增大到10fenshi,焦shaoshi间显著yan长了7min,达到14.4min。



添加hezhu渐加大硅烷用量对正硫化shi间产生了不同影响。当硅烷用量增大到7fenshi,硫化shi间从178min大幅度下降到82min(jian图6)。值dezhuyi的是,硅烷用量jin一步增大到10fen,硫化shi间yan长了13min,达到95min。

4.3 硫化速度添加he加大硅烷用量对胶liao硫化速度有类似影响。不加硅烷的胶liao硫化速度最慢,硫化速度指数为0.69min-1(jian图7)。但是,当硅烷用量增大到7fenshi,硫化速度指数从0.69min-1提高到1.43min-1。值dezhuyi的是,当硅烷用量再增大3fen达到10fenshi,胶liao的硫化速度会稍稍放慢,从1.43min-1降至1.24min-1。



5 结论ben研jiushi验结果表ming,当在han有60fen沉淀法白炭黑UltrasilVN3的pu通促jin剂/硫黄硫化tixiNR胶liao中添加10fen以下TESPTshi,对胶liao的粘度he硫化性neng有显著影响。 当60fen白炭黑胶liao中添加7fen硅烷shi,门尼粘度下降; 当60fen白炭黑胶liao中添加3fen硅烷shi,焦shaoshi间suo短,当添加7fen硅烷shi,正硫化shi间yesuo短; 当60fen白炭黑胶liao中添加7fen硅烷shi,硫化速度加快。在60fen白炭黑胶liao中仅添加7fenyou选硅烷可huode上述zhu要you点,而再增大硅烷用量不会有任何益处。值dezhuyi的是,在60fen白炭黑胶liao中使用3fen硅烷对焦shaoshi间影响最大。

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