海藤博幸著 鐘 瑩摘譯 劉登祥校
消費(fèi)者重視汽車輪胎實(shí)用性的價(jià)值意識(shí) 日益增強(qiáng),適應(yīng)地球溫暖化的越發(fā)嚴(yán)格的環(huán) 境制度也就顯得更加重要。因此,不僅要開 發(fā)可降低汽車油耗的輪胎,而且要在生產(chǎn)時(shí)盡可能不以石油資源為原料,且要求輪胎易 于再生利用。這種新一代輪胎應(yīng)具有以下3 個(gè)特點(diǎn):
(1)低油耗,即作為行駛中能量損失原因的滾動(dòng)阻力要小。
(2)高抓著力,即在濕路面及冰雪路面上的摩擦力要大。
(3)低公害,即減少使用會(huì)產(chǎn)生二氧化碳的石油資源。
填充白炭黑替代以往使用炭黑的輪胎可滿足上述要求,近年來備受矚目。
1 填充白炭黑的輪胎
填充白炭黑的輪胎與以往填充炭黑的輪胎相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)在濕路面上的摩擦力(濕抓著力)大, 滾動(dòng)阻力小。即同時(shí)滿足了高抓著力和低油 耗這兩個(gè)要求。
(2)橡膠硬度隨溫度的變化小。也就是 說,盡管輪胎的使用溫度發(fā)生變化,但其性能 不易改變。以非鑲釘輪胎為例,即使是在低 溫下輪胎也不易變硬,因而提高了在冰雪路面上的摩擦力。
基于上述原因,最近各公司均開始銷售 填充了白炭黑的輪胎。特別是在環(huán)境意識(shí)較 強(qiáng)的歐洲,這種輪胎作為節(jié)省燃料費(fèi)和石油 資源的商品而十分暢銷。日本各廠家正著眼于它的高抓著性能,并開始在高性能輪胎中 使用白炭黑。橫濱橡膠公司已在一部分輪胎 中使用了白炭黑。
然而填充白炭黑的膠料也存在一些缺 點(diǎn),特別是在制造工藝中,白炭黑很難與橡膠 混合。一旦膠料中出現(xiàn)了白炭黑不良分散 塊,就會(huì)導(dǎo)致膠料強(qiáng)度降低、輪胎易磨損等問題。填充白炭黑的主要缺點(diǎn)有:
(1)由于白炭黑的自身凝聚力較強(qiáng),因此 很難均勻分散到橡膠中。而且由于未硫化膠 的粘合強(qiáng)度提高,導(dǎo)致擠出、壓延等加工性能 下降。
(2)為了使白炭黑能與橡膠有機(jī)結(jié)合,必 須采用硅烷偶聯(lián)劑。而硅烷偶聯(lián)劑具有硫化 作用,因此必須特別注意加工溫度。另外硅 烷偶聯(lián)劑本身的價(jià)格較高,會(huì)引起材料成本的增加。
(3)白炭黑吸附硫化促進(jìn)劑等橡膠助劑, 并使其效果降低,從而延長(zhǎng)了硫化時(shí)間。為 此就要增大硫化促進(jìn)劑的用量,這也是成本 增加的原因。
(4)填充白炭黑的膠料與填充炭黑的膠 料相比,其耐磨性能較差。因此,用白炭黑等 量替代炭黑時(shí),還必須通過其它配合技術(shù)來 提高耐磨性能。
隨著白炭黑用量的增大,其改進(jìn)效果也 相應(yīng)提高。但是由于它具有上述缺點(diǎn),很難 大量填充,特別是它加工困難,以及硅烷偶聯(lián) 劑價(jià)格較高等原因,目前只能用于一部分高價(jià)格的輪胎之中。
2 新型加工助劑Zeruma
為了普及填充白炭黑的輪胎,橫濱橡膠 公司對(duì)白炭黑的加工性能進(jìn)行了改進(jìn),并成 功地開發(fā)出一種具有全新化學(xué)結(jié)構(gòu)的加工助 劑Zeruma(正在申請(qǐng)商標(biāo)注冊(cè))。通過添加這種助劑,白炭黑將很容易地分散到橡膠中, 從而提高膠料性能,而且還可降低輪胎的制 造成本。因此這種填充了白炭黑的高性能輪 胎將有望得到普及。
Zeruma是通過潤(rùn)滑作用及防止橡膠助 劑失效作用來改進(jìn)未硫化膠的加工性能,而 且由于白炭黑分散性能的改善及與橡膠親合 性的提高,使硫化膠的性能也得到了改善。
Zeruma是液態(tài)加工助劑,為了使其能很 容易地與白炭黑和橡膠結(jié)合,在其線形分子 中引入了大量的與白炭黑和橡膠具有親合性 的取代基。它不必采用特殊材料,而只用簡(jiǎn)單裝置合成即可。在合成工藝中不使用有機(jī) 溶劑,也不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。
Zeruma通常是在白炭黑與橡膠混合時(shí) 加入,但也可預(yù)先用Zeruma對(duì)白炭黑進(jìn)行表 面處理。在輪胎制造工藝中,于密煉機(jī)中混 合白炭黑時(shí)也可同時(shí)添加Zeruma,這與以往的炭黑混合工藝沒有多大區(qū)別。
3 Zeruma的使用效果
白炭黑和橡膠就像水和油一樣,很難混 合,而Zeruma則具有使它們混合的界面活性 劑作用。由于白炭黑表面極性較高,很容易 與水溶合,一散落到水面就迅速潤(rùn)濕并沉入水底,而經(jīng)Zeruma進(jìn)行過表面處理的白炭黑 則不會(huì)被水沾濕,而一直浮在水面上。因此 在橡膠中填充白炭黑時(shí)加入Zeruma,可改變 白炭黑的表面性質(zhì),使其易與橡膠混合,并均勻分散到橡膠中。
白炭黑的極性很高,在橡膠中聚集并形 成結(jié)構(gòu)膠,使橡膠的粘度增大。當(dāng)Zeruma包 覆于白炭黑表面后,白炭黑的極性降低,且難 以聚集,導(dǎo)致橡膠粘度下降,使未硫化膠易于加工。
另外,由于白炭黑會(huì)吸附橡膠助劑并導(dǎo) 致其活性降低,從而使硫化反應(yīng)等出現(xiàn)各種 問題。Zeruma可以防止這些問題的發(fā)生,使 硫化等順利進(jìn)行,并且延長(zhǎng)填充白炭黑膠料的焦燒時(shí)間,縮短硫化時(shí)間。而且由于可以 防止硅烷偶聯(lián)劑活性降低,因此即使將填充 量減少到原來的一半以下,也可達(dá)到同樣的 膠料性能,有利于降低成本。
Zeruma不僅可以改善未硫化膠的加工 性能,而且還能提高硫化膠的性能。因此,添 加Zeruma的膠料用作輪胎胎面膠是非常適 宜的。
一旦膠料不均勻,存在白炭黑的不良分 散塊,硫化膠在承受反復(fù)變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生滯后 損失,并使輪胎的滾動(dòng)阻力增大。不良分散 塊是產(chǎn)生破壞的起點(diǎn),也會(huì)使橡膠強(qiáng)度及耐磨性能等降低。由于Zeruma可以使白炭黑 均勻分散,從而降低車輛行駛所需的燃料費(fèi), 延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。加工性能低是制造上 的缺點(diǎn),而耐磨性能差則是商品性能上的缺點(diǎn),因此,用Zeruma改進(jìn)白炭黑具有重大的 意義。
由于Zeruma具有特殊的增塑效果,使橡 膠變得柔軟,從而可提高對(duì)路面的抓著能力。 另外,由于橡膠硬度對(duì)溫度的依賴程度下降, 因此即使路面溫度變化,輪胎性能也基本保持不變。
4 在輪胎中的應(yīng)用
綜上所述,在填充白炭黑的膠料中添加 助劑Zeruma,可以保持填充白炭黑的優(yōu)點(diǎn), 彌補(bǔ)其缺點(diǎn),因此將它用于輪胎中。眾所周 知,為了提高輪胎在冬季冰雪路面上行駛的摩擦力,要求胎面膠即使在低溫下也應(yīng)具備 柔軟的性質(zhì)。在填充白炭黑的膠料中添加 Zeruma,即使在低溫下橡膠也不易變硬,顯 示了非鑲釘輪胎所需要的理想的橡膠特性。
通過在冰雪路面上進(jìn)行實(shí)際行駛試驗(yàn), 證明可以獲得較高的抓著力。因此,我們?cè)?1 996年7月發(fā)表的GuardexK2F700型輪胎 中采用了Zeruma。這是橫濱橡膠公司繼非鑲釘輪胎之后,進(jìn)一步將Zeruma推廣應(yīng)用于 各種輪胎中,希望今后只限用于一部分輪胎 的白炭黑能得到普及。
