CN109001369B - 一种测试白炭黑胶料真实焦烧时间的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供了一种测试白炭黑胶料真实焦烧时间的方法，该检测方法操作简单，重现性强，判断准确。本发明参照橡胶流变仪测试，使用橡胶加工分析仪（RPA2000）对白炭黑胶料进行时间扫描，以动态模量上升10%所对应的时间为真实焦烧时间。

Description

一种测试白炭黑胶料真实焦烧时间的方法
技术领域
本发明涉及轮胎、橡胶制品等行业的应用领域，尤其涉及一种应用于轮胎、橡胶制品的含白炭黑配方胶料的真实焦烧时间测定。
背景技术
早期焦烧，指的是胶料在加工过程中出现的早期硫化行为。焦烧的发生，会导致胶料粘度的上升，降低胶料的加工性。在通用的ASTM D1646-17中，使用门尼粘度计来测量焦烧时间，其中门尼焦烧时间(T5)的定义为：转矩从最小值上升5个单元所需的时间。上述的ASTM试验方法，被广泛地运用在橡胶工业中。
自上世纪50年代，白炭黑运用在胶料中少量替代炭黑，具有提高撕裂强度的作用。上世纪70年代，发现白炭黑与硅烷偶联剂共同使用时，具有提高轮胎湿地抓地力和降低轮胎滚动阻力的作用。进入21世纪以来，随着环境问题的恶化，白炭黑在绿色轮胎中的使用得到了更多的关注和研究。特别是2009年后，随着欧盟推出轮胎标签法，世界各国也相继推出了各自的标签法，使白炭黑的用量更是逐年增加。
与炭黑相比，白炭黑表面存在大量的羟基，会使白炭黑粒子之间形成氢键而团聚。这造成白炭黑配方在测试门尼焦烧时间时，因大量的白炭黑聚集以及交联网络的形成，模腔内胶料的转矩迅速上升，门尼焦烧时间大幅变小。配方工程师为了延长焦烧时间，不得不添加防焦剂或者调整硫化体系，但这些会给配方带来其他负面影响，如喷霜、物理性能变差。所以，需要一种方法，来区分开白炭黑聚集和交联网络对白炭黑配方胶料模量上升的影响，从而得到更真实的焦烧时间。
发明内容
为了区分开白炭黑聚集和交联网络对白炭黑配方胶料模量上升的影响，本发明的目的在于提供了一种测试白炭黑胶料真实焦烧时间的方法，该检测方法操作简单，重现性强，判断准确。
本发明参照橡胶流变仪测试，使用橡胶加工分析仪(RPA2000)对白炭黑胶料进行时间扫描，以动态模量上升10％所对应的时间为真实焦烧时间。具体操作如下：
(1)将含白炭黑胶料在RPA2000中进行时间扫描测试；
(2)RPA2000的时间扫描范围为0min至30min；
(3)对时间扫描的动态模量结果按如下公式1处理：
Ts10＝G'min+(G'max-G'min)×10％ (公式1)
上述公式1中的G'min指最小动态模量值，G'max指最大动态模量值，Ts10所对应的时间即为白炭黑胶料真实焦烧时间。
上述白炭黑可以为任意一种白炭黑。
作为优选，其配方中白炭黑加入份数应大于等于20份(以橡胶母体100份计算)。
作为优选，RPA2000的测试频率为1.67Hz。
作为优选，RPA2000的测试温度为140-200℃。
作为优选，RPA2000的测试应变为40％-100％。
在本发明的一个具体实施方式中，RPA测试条件为：频率1.67Hz，应变42％，温度160℃，时间扫描范围0-30min。
本发明的另一个目的是提供上述所述的测试含有白炭黑橡胶组合物的真实焦烧时间的方法在白炭黑配方的设计中的应用。
根据Payne效应原理，橡胶的动态模量随着应变的增加而急剧下降，这是因为填料与填料之间的作用力被破坏，因此高应变可以去除白炭黑配方中填料与填料聚集作用。由于本发明采用了上述方案，通过RPA2000对白炭黑胶料进行时间扫描，模量上升到G'min+(G'max-G'min)×10％时所对应的时间，可视为真实焦烧时间。该方法操作简单，重现性强；更真实的反应出胶料的焦烧时间，能够很好地指导白炭黑配方的设计。
附图说明
图1为白炭黑配方的RPA2000的时间扫描动态模量曲线。
具体实施方式
设计白炭黑胶料配方，密炼机上进行母胶混炼，开炼机上加入硫磺、促进剂。
加完硫化剂的胶料在RPA2000上进行时间扫描。
RPA2000测试条件为：频率为1.67Hz，应变40％-100％，温度为140-200℃。
对时间扫描的动态模量结果按下述公式处理：
Ts10＝G'min+(G'max-G'min)×10％ (公式1)
上述公式1中的G'min指最小动态模量值，G'max指最大动态模量值，Ts10所对应的时间即为白炭黑胶料真实焦烧时间。
实施例1
设计试验配方，具体如下表1所示(份数phr)：
表1
Figure BDA0001683895740000021
Figure BDA0001683895740000031
配方中所用原材料明细：溶聚丁苯橡胶，2438-2HM，朗盛化学产品；丁二烯橡胶，BR9000，中石油大庆石化分公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维化工产品；硅烷偶联剂Si69，宏柏化学产品；软化油，TDAE，汉圣化工产品；其余原材料均为市售工业级产品。
将上述四个配方放入密炼机混炼，使用相同工艺混炼，具体如下。
转子转速：50rpm；初始温度：60℃；填充系数：0.7。
0秒时加入所有橡胶；30秒时加入总量1/2的白炭黑和所有细料、硅烷偶联剂；60秒时加入剩余白炭黑。
密炼机温度上升到95℃时加入软化油。
密炼机温度上升到130℃，上顶栓升降，扫除。
密炼机温度上升到145℃，通过调节转子转速，使温度保持在145℃恒定60秒。
排胶。
混炼胶放置2小时后开炼机上加入硫化剂，薄通6次后出片。
将上述两个胶料先测试门尼焦烧时间(127℃)，其结果如表2所示：
表2
配方A 配方B 配方C 配方D
门尼焦烧时间(min) 21.2 32.5 19.7 30.9
由上述数据可以看出，配方A、C未使用硅烷偶联剂，白炭黑聚集非常强烈，其门尼焦烧时间仅为21.2、19.7min。配方B、D加入了硅烷偶联剂，其可与白炭黑进行硅烷化反应，能大幅降低白炭黑的聚集，因此其门尼焦烧时间也大幅上升。可见，白炭黑聚集对门尼焦烧时间影响非常大。
再将加完硫化剂的胶料放入RPA2000，进行时间扫描。
RPA测试条件：频率1.67Hz，应变42％，温度160℃，时间扫描范围0-30min
其动态模量曲线如图1所示：
根据公式1计算，胶料的真实焦烧时间Tc10为：
配方A 配方B 配方C 配方D
真实焦烧时间Ts<sub>10</sub>(min) 1.8 2.0 1.7 2.0
由计算结果可以看出，在42％应变下，消除了白炭黑聚集对模量上升的影响，根据公式1计算出的真实焦烧时间，二者基本接近(未完全一致的原因应该是，42％的应变下未完全破坏白炭黑的聚集)。
通过使用RPA2000对白炭黑胶料进行时间扫描，其高应变可以消除白炭黑聚集对胶料模量上升的影响，更真实的反应出胶料的焦烧时间，对白炭黑配方的设计有一个非常好的指导作用。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种测试含有白炭黑橡胶组合物的真实焦烧时间的方法，其特征在于：该方法包括如下
步骤：
（1）将含白炭黑胶料在橡胶加工分析仪RPA2000中进行时间扫描测试；
（2）橡胶加工分析仪RPA2000的时间扫描范围为0min 至30min；
（3）时间扫描结果按如下公式1 处理：
Ts10= G' min+（G' max - G' min）×10% （公式1）
其中G' min 指最小动态模量值，G' max 指最大动态模量值，Ts10 所对应的时间即为白炭黑胶料真实焦烧时间；
其中，以橡胶母体100 份计算，所述含白炭黑胶料中，其白炭黑加入份数应大于等于20份；
所述的橡胶加工分析仪RPA2000的测试频率为1.67Hz；所述的橡胶加工分析仪RPA2000的测试温度为140-200℃；所述的橡胶加工分析仪RPA2000的测试应变为40%-100%。
2.根据权利要求1所述的测试含有白炭黑橡胶组合物的真实焦烧时间的方法，其中，橡胶加工分析仪RPA2000的测试条件为：频率1.67Hz，应变42%，温度160℃，时间扫描范围0-30min。
3.根据权利要求1或2所述的测试含有白炭黑橡胶组合物的真实焦烧时间的方法在白炭黑配方的设计中的应用。
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