炭黑对子午线轮胎胎面胶导热特性的影响

橡胶工业　２００７年第５４卷　炭黑对子午线轮胎胎面胶导热特性的影响　马连湘，崔　琪，张方良，何　燕，高福正　（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛　２６６０６１）　摘要：采用正交试验法研究炭黑Ｎ３３０，Ｎ３３９和Ｎ３５１用量对子午线轮胎胎面胶导热特性的影响。结果表明・３种　炭黑对胶料导热系数的影响顺序由大到小为Ｎ３５１，Ｎ３３９，Ｎ３３０；炭黑Ｎ３５１／Ｎ３３９／Ｎ３３０的最佳用量比为３５／３５／２０；　胶料导热系数随同一系列炭黑粒径的增大而增大，并与温度具有较好的线性关系；胶料导热系数随炭黑总用量的增大　呈上升趋势。　关键词：炭黑；子午线轮胎｝胎面胶；导热系数；正交试验法　中圈分类号：ＴＱ３３０．３８＋１；Ｕ４６３．３４ｌ　．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００　８９０Ｘ（２００７）０２—００７６—０４　汽车轮胎在行驶过程中，由于橡胶复合材料　剂１，炭黑变品种、变量。　的粘弹性造成的滞后损失以及与地面之间的摩擦　试验因子及水平见表１。采用正交表Ｉ　。（３　）　生热，轮胎温度会逐渐升高口］。当轮胎温度超过　前３列，选出的９种不同炭黑配比试样见表２。　临界温度时，就有可能发生爆胎现象。因此，轮胎　热量的及时传递逐渐成为配方设计中不容忽视的　表１试验因子及水平　Ａ一问胚，目前国内这方面的研究正处于起步阶段。　混合物的导热遵循加和法则［２］，因而橡胶的导热　系数因所加填料的种类和用量而异，炭黑作为橡　Ｂ一胶工业中最重要的补强填料，其影响不容忽视。　Ｎ３ＯＯ系列炭黑是子午线轮胎胎面胶中常用　炭黑，本工作在子午线轮胎胎面胶配方的基础上，　ｃ—用正交试验法研究炭黑Ｎ３３０，Ｎ３３９和Ｎ３５１用　试样编号　因　子　量对胎面胶导热系数的影响。　１　实验　１．１主要原材料　ＢＲ，牌号９０００；ＳＢＲ，牌号１５０２和１７１２，中　国石化齐鲁股份有限公司产品。炭黑Ｎ３３０，　Ｎ３５Ｉ和Ｎ３３９，天津海豚炭黑有限公司产品。　１．２主要测试仪器　ＬＦＡ４４７型激光导热仪，德国耐驰公司产品。　１．４试验原理　１．３试验方案　胶料热扩散系数（ａ）按下式计算：　试验配方为：ＳＢＲ１７１２　６０，ＳＢＲ１５０２　２０，　口＝—：　：　墨　—　（１）１　Ｊ　￡５Ｏ　ＢＲ　２Ｏ，氧化锌　２．２，硬脂酸　１．７，防老剂　式中，ｔ　。为试样表面温度升高到最大值的一半所　５．５，芳烃油３８．５，石蜡　２，硫化剂　２．２，促进　需的时间，ｄ为试样厚度。　作者简介：马连湘（１９６２一），男，河北南宫人，青岛科技大学教　胶料导热系数（　）由下式计算：　授，博士，主要从事强化传热和轮胎温度场的研究工作。　一　（２）　　∞∞∞　　∞　∞　　加　加　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　马连湘等．炭黑对子午线轮胎胎面胶导热特性的影响　式中，ｃ　为橡胶的比热容，』Ｄ为橡胶的密度。　比热容是由测量软件通过试样与参比样品比　较求得。密度由ＧＴ—ＸＢ一３２０Ｍ微电脑密度材料　天平测得后输入分析软件。　１．５试样制备　使用Ｓ（ｘ）１６０Ａ型双辊筒开炼机，将生胶及　配合剂按照设计的方案混炼，放置一段时间后在　ＨＳ一１００Ｔ—ＦＴＭＯ一２ＲＴ型平板硫化机上硫化，硫　化条件为１６０℃×１５　ｍｉｎ。　将硫化胶切成直径１２．５～１２．７　ｍｍ的圆形　薄片，且保证试样上下表面光滑、平整。　１．６操作方法　（１）试验前半小时，向激光导热仪内倒入适量　液氮，调节外接循环水控制装置，设置温度使其高　于室温２～３℃，预热仪器。　（２）用精度为０．０２　ｍｍ的游标卡尺进行试样　厚度测量，取３次平均值。　（３）用酒精将试样擦拭干净、晾干，并在上下　表面均匀进行石墨涂层。　（４）将试样放入样品孔，打开测量软件，设置　参数，开始测试。　试验过程中每隔３。５　ｈ灌１次液氮。　根据研究及汽车行驶经验　］，选定测试温度　为３Ｏ，５Ｏ，６Ｏ，７Ｏ和９Ｏ℃。　２结果与讨论　２．１试验误差分析　（１）校核试验　用耐驰公司提供的Ｐｙｒｅｘ（高温玻璃）标样　做校核试验。由于导热系数由比热容和热扩散　系数测定值通过分析软件计算求得，因此只需　对比热容和热扩散系数进行校核，测试数据如　表３和４所示。由表３和４可见，热扩散系数和　比热容测定的相对误差都较小，满足试验准确　性要求。　表３热扩散系数标定值与实测值对比　表４　比热窖标定值与实测值对比　（２）重复性试验　取试样进行重复性测定，结果见表５。由表５　可见，导热系数测定的相对误差最大为±１．４３％，　重复性良好。　表５导热系数重复性测定结果　２．２正交试验结果　温度为３Ｏ℃时，测得１～９号胶料导热系数　分别为０．２　１　３，０．１　９　８，０．２　８　３，０．２４４，０．２　７　４，　０．２４５，０．２５８，０．２９０和０．２９９　Ｗ・（ｍ・Ｋ）。。。　数据正交分析结果见表６。由表６可见，各因子　对导热系数的影响顺序由大到小为Ａ，Ｂ，Ｃ，最佳　方案为Ａ　Ｂ。Ｃ。，即炭黑Ｎ３５１，Ｎ３３９和Ｎ３３０用　量分别为３５，３５和２Ｏ份。　其它温度下测得的９个试样导热系数正交分　析优方案均为Ａ　Ｂ。Ｃ　。可以看出，分析出来的最　佳方案在ｌ～９号配方中没有出现，与其较接近的　是９号配方。实际测试结果也可看出，９号配方　胶料的导热系数最高。为了确定方案Ａ。Ｂ。Ｇ的　可行性，又进行了一次试验（试样编号１Ｏ，炭黑　Ｎ３５１，Ｎ３３９和Ｎ３３０用量分别为３５，３５和２Ｏ　份），得出３Ｏ，５Ｏ，６Ｏ，７Ｏ和９Ｏ℃下的导热系数分　别为０．３　０　３，０．３　２　１，０．３　２　５，０．３　３　３和０．３　６　０　Ｗ・（ｍ・Ｋ）一。　各温度下１０个试样的导热系数测定结果如　图１所示。由图１可见，方案Ａ。Ｂ。Ｃ。胶料（１０　号）导热系数最高，可见Ａ。Ｂ　Ｃ　是获得胎面胶高　导热性能的炭黑最佳配比。　在炭黑Ｎ３５１和Ｎ３３９用量相同的情况下，炭　黑Ｎ３　５　１对胶料导热性能的提高能力强于炭黑　维普资讯 http://www.cqvip.com

橡胶工业　２００７年第５４卷　衰６正交分析结果　注：１）导热系数减去０．１９再乘以ｌ　０００。Ｋｌ，Ｋ２和Ｋ３分别　为各因子第１，２和３水平换算值的和涵。　２和　ａ分别为各因子　第１，２和３水平换算值的平均值。　：＿　吕　≥　籁　壤　曲　试样编号　图１　各温度下ｌＯ个试样导热系数测定结果　温度（℃）：一３０｝０　４０ｌ△　一・５０ｌ口ｍ６０；●ｍ７０　Ｎ３３９，两种炭黑的根本区别在于粒径大小，可见　对于同一系列炭黑，胶料导热系数随炭黑粒径的　增大而增大。　部分试样导热系数随温度的变化关系曲线如　图２所示。由图２可以看出，导热系数与温度具　有良好的线性关系。　胶料导热系数与３种炭黑总用量的关系曲线　如图３所示。由图３可以看出，随着炭黑总用量　的增大，胶料的导热系数呈上升趋势。　●　■　鲁　≥　籁　１　蕞　曲　图２部分试样的导热系数与温度的关系曲线　试样编号：一一１；●ｍ２｝▲－－６；Ｖ　７。　宕　≥　籁　１　蕞　曲　炭黑总用量／份　图３胶料导热系数与炭黑总用量的关系曲线　温度（℃）：一３０；●５０；▲一６０｝ｖ一７０；◆一９０。　３　结论　（１）采用正交试验方法，在子午线轮胎胎面胶　配方中，改变炭黑Ｎ３５１，Ｎ３３９和Ｎ３３０用量，得　出３种炭黑对导热系数的影响顺序由大到小为　Ｎ３５１，Ｎ３３９，Ｎ３３０；各炭黑的最佳用量比为　Ｎ３５１／Ｎ３３９／Ｎ３３Ｏ一３５／３５／２０。　（２）对于同系列炭黑，胶料导热系数随炭黑粒　径的增大而增大，并与温度有较好的线性关系；胶　料导热系数随炭黑总用量的增大呈上升趋势。　参考文献：　［１］张士齐．轮胎力学与热学［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，　１９８８．２８０．　［２］朱敏．橡胶化学与物理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１　９８４．　１２．　Ｅ３３马连湘．滚动轮胎温度场相关实验研究［Ｄ］．青岛：青岛科技　大学，２００１．　收稿日期：２００６　０８　２５　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　马连湘等．炭黑对子午线轮胎胎面胶导热特性的影响　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｂｌａｃｋ　ｏｎ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｒａｄｉａｌ　ｔｉｒｅ　ｔｒｅａｄ　ＭＡ　Ｌｉａｎ—ｘｉａｎｇ，ＣＵＪ　，ＺＨＡＮＧ　Ｆａｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＨＥ　Ｙａｎ，ＧＡＯ　Ｆｕ—ｚｈｅｎｇ　（Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０６１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｌａｃｋ　Ｎ３３０，Ｎ３３９　ａｎｄ　Ｎ３５１　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｒａｄｉａｌ　ｔｉｒｅ　ｔｒｅａｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　３　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｂｌａｃｋ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｒｅａｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒ　ｏｆ　Ｎ３５１＞Ｎ３３９＞Ｎ３３０：ｔｈｅ　ｏｐｔｉ—　ｍｋｌｍ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｂｌａｃｋ　Ｎ３５１，Ｎ３３９　ａｎｄ　Ｎ３３０　ｗｅｒｅ　３５，３５　ａｎｄ　２０　ｐｈｒ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｏｎ—　ｄｕｅｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｒｅａｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｂｌａｃｋ　ａｎｄ　ｑｕｉｔｅ　ｌｉｎｅａｒｌｙ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｒｅａｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｂｌａｃｋ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎ　ｂｌａｃｋ；ｒａｄｉａｌ　ｔｉｒｅ；ｔｒｅａｄ；ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　山西凤凰二期钢丝绳带项目投产　中图分类号：ＴＱ３３６．２　文献标识码：Ｄ　际同类产品先进水平，可替代进口。　目前国内普通输油胶管生产普遍采用编织夹　山西凤凰胶带有限公司投资２　６１０万元新上　布胶管工艺，产品耐高温和耐热性能较差，容易龟　裂。该厂开发的加过渡胶层新工艺成功解决了不　的钢丝绳芯输送带生产线二期项目投产。　与第１条生产线相比，第２条生产线生产效　同橡胶材料之间的粘合问题，大大增强了胶管的　整体物理性能；采用纳米氧化锌使胶管耐高温能　力从９０～１１０℃提高到１２０℃；无硫与低硫新配　方更使产品使用寿命比同类产品提高近Ｉ倍。此　外，该胶管还在承压变化率、爆破压力等指标方面　具有明显的优势。　（摘自《中国化工报》，２００６—１２－２９）　率将提高２Ｏ　，降耗２０　。该生产线生产的输送　带宽度为１．６　ｍ，一次平板硫化长度为１２　ｍ，年　产能达９万延米，将为该公司增加９　０００万元的　年销售收入。　山西凤凰胶带有限公司成立于１９９８年。　２００２年１０月由德国凤凰集团、山西潞安矿业集　团和山西晋城无烟煤矿业集团进行了资产重组，　三方股份分别为５２　，２５　和２３　。德国凤凰集　正新将投巨资扩产　中图分类号：Ｆ２７；ＴＱ３３６．１　文献标识码：Ｄ　团是世界五大输送带生产企业之一，在钢丝绳芯　输送带产品领域享有５项世界第一。山西凤凰　２００４年从德国凤凰引进了高技术含量的钢丝绳　芯输送带生产技术，可生产最宽２．２　ｍ的钢丝绳　正新橡胶工业股份有限公司２００７年将在中　国内地投资１．２亿美元来扩大生产规模。其中　４　０００万～５　０００万美元用于厦门子公司的扩产，　该项目将于２００７年年底或２００８年年初完成，届　时厦门正新轮胎厂载重轮胎日产量将翻番，达到　４　０００条。该公司还将投资２　０００万～３　０００万美　芯输送带。２００５年，山西凤凰钢丝绳芯输送带为　公司创收８　０００万元，实现利税８００万元。　（摘自《中国化工报》，２００６—１２—２９）　元用于升级江苏省昆山市轮胎测试厂，其余资金　冀州胶管厂开发出输新工艺　中图分类号：ＴＱ３３６．３　文献标识码：Ｄ　将用于轮胎厂的设备维修等。　在全球轮胎７５强排名中，正新橡胶／玛吉斯　国际公司实现了里程碑式跨越，进入年销售收入　１０亿美元企业行列，位列第１２名。目前正新橡　胶（中国）有限公司在天津、上海和厦门有４家子　公司。　经过近５年的自主研发，河北冀州市工程机　械胶管厂开发出一种全新的工程机械液压系统用　高性能高温低压输油缠绕胶管的生产新工艺，并　已获得国家发明专利。用该工艺建成的年产５０　万标米生产线现已投产，专家称该产品已达到国　（摘自《中国化工报》，２００６—１２—２９）