不同类型的炭黑对橡胶化合物的影响

汽车油箱中高达15%的大部分汽油是用来克服轮胎在路面上的阻力。所以使用绿色轮胎-或低滚动阻力轮胎-可以大大提高燃油经济性。

了解新胶料配方的加工能力对开发更节油的轮胎至关重要。研究这种行为的理想设2020欧洲杯下注官网备是转矩流变仪用实验室挤出机和实验室搅拌机，因为它在小规模测试环境中模拟加工条件。

下面的文章解释了如何检验三种不同类型的炭黑对用于轮胎生产的橡胶复合配方的加工能力的影响。

测试样品

下面是橡胶复合轮胎的配方。这些都是基于一种支链钴丁二烯橡胶，特别是丁腈橡胶^®来自ARLANXEO的CB 1220，采用三种不同的炭黑:

• N234橡胶炭黑:
  • 微细增强炭黑，增加结构
  • 碘吸附量:120 g/kg，氮比表面积:118 m²/ g
• N326橡胶炭黑:
  • 细粒增强碳黑，低结构
  • 碘吸附量:82 g/kg，氮表面积:78 m²/ g
• N339橡胶炭黑:
  • 微细增强炭黑，增加结构
  • 碘吸附量:90 g/kg，氮比表面积:91 m²/ g

测试设备2020欧洲杯下注官网

Thermo Scientific™HAAKE™PolyLab™OS模块化扭矩流变仪平台:

• 单螺杆挤出机:Thermo Scientific™HAAKE™Rheomex™19/10 OS橡胶
• 驱动单元:Thermo Scientific™HAAKE™RheoDrive 7 OS
• 螺杆直径19mm，长度L/D 10，压缩比1:1

图1所示。加维模具及其外形示意图。

测试方法一:加维测试

为了进行加维测试，挤出机安装了一个挤压模具，加维型材符合ASTM D2230，如图1所示，并有一个传送带起飞。

加维模具生成了一个有四个不同角度的轮廓，看起来就像一个减半的轮胎胎面。一个流动良好的橡胶化合物将显示一个抛光的轮廓没有缺陷，即使在最小的角落。如图2所示，流动性差的橡胶化合物会产生撕裂、不均匀和膨胀的轮廓。挤压型材的质量根据ASTM标准中提到的等级系统进行分级。

图2。挤压加维模型材。

图3列出了三种橡胶化合物加维试验的结果。

图3。加维profile的三个橡胶配方的例子。

图3显示，炭黑的类型对型材的质量有很大的影响。与低结构炭黑(CB N326)相比，结构增加的炭黑(CB N234, CB N339)产生了更光滑的轮廓。

试验方法二:模胀测量

模具膨胀，也被称为巴罗斯效应，是橡胶和聚合物加工中常见的现象。当聚合物流进入模具时收缩，然后在离开模具后“膨胀”或部分恢复到聚合物的初始体积和形状时，就会发生模具膨胀。

为了进行这个测试，挤出机配备了一个垂直的棒模，棒模喷嘴D = 2 mm, L/D = 0和激光模胀测试仪。

图4。带有Die-Swell测量的PolyLab操作系统设置。

该系统连续地计算膨胀钢绞线的直径。根据杆式模嘴的计算直径与实际直径的关系，计算了模嘴的膨胀量。

图5。模具膨胀测量原理图及计算。

三个样品在三种不同的螺杆转速(20转、40转和60转)下进行测试。

图6显示了这些测试的结果。

图6。对三种橡胶配方的模胀现象进行了研究。

炭黑类型的强大影响可以清楚地看到。与低结构炭黑(CB N326)相比，增加炭黑结构的化合物(CB N234, CB N339)的溶胀行为明显降低。

模胀试验也显示了结构增加的炭黑化合物(CB N234和CB N339)之间的明显差异。

试验方法3:挤出机毛细管流变学

为了测试橡胶化合物的流变特性，挤出机安装了水平狭缝毛细管模具，测量几何尺寸为W = 20 x H = 2.0 mm。如图7所示。

图7。水平狭缝毛细管模具示意图。

用一个与PolyLab控制计算机连接的RS232连接的天平测量挤出机的输出。

的PolySoft™OS毛细管流变仪软件程序设计后，自动实现测量序列。软件驱动挤出机在不同的速度步骤。在每一个速度步骤中，计算裂隙毛细管内的压降来测量剪切应力，并利用天平的输出信息来测量剪切速率。基于此测量数据，在不同的剪切速率下测量复合粘度，如图8所示。

图8。三种不同橡胶配方的粘度计算。

图9。粘度测量的结果。

再次，我们发现炭黑的类型对型材的质量有很大的影响。增加结构炭黑的化合物(CB N234, CB N339)具有较低的剪切减薄效果和较高的粘度。含低结构炭黑(CB N326)的橡胶化合物具有更低的粘度，特别是在较高的剪切速率下。

结论

对低价格高质量产品日益增长的需求推动了对准确、有意义和简单的测试方法的需求，作为质量控制和开发工具。

本文演示了如何使用扭矩流变仪系统HAAKE PolyLab OS来解决上述挑战。使用单一的测量系统，可以进行三种不同的测试方法。由于PolyLab系统的模块化特性，从一个测试转换到另一个测试的时间减少了。这种高效的工作流程允许在短时间内进行大量的实验。

将真实世界的制造过程与测试结果联系起来是成功的关键。作为一个规模缩小的生产系统PolyLab操作系统可以在实验室设置中实现有意义的加工参数，与全尺寸生产密切相似。因此，只用一个仪器就可以制定、生成测试样品并对样品进行表征。

这些信息来源于赛默费雪科学材料与结构分析公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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