炭黑协会昆明会议-三类新型炭黑的比较--PP60.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三类,新型炭黑,的比较,1,本文力图以研发背景 研发思路 研发手段和应用效果为红线 分析近年投放市场的三类新产品,低滞后炭黑 炭硅复合填料以及纳米结构炭黑在本质上的联系与区别,2,低滞后炭黑,low,hysteresis,black,3,低滞后炭黑的研发背景,改善汽车燃油效率 节省石油资源已为各 国政府所关注,美国立法规定 每升汽油的汽车行驶里程,1990,年为,11.7,km,1996,年为,14.7,km,2001,年为,17.1,km,在汽车能量损失构成中 轮胎滚动阻力占,14.8%,4,实践证明 载重胎滚动阻力降低,24,%,可节省燃油,1,%,轿车胎滚动阻力降低,57,%,，也可节油,1,%,以普通轿车胎为例 就滚动阻力而言 各 部位耗能比例为,胎面,48%,带束层,26%,帘布层,8%,胎侧,7%,内衬层,7%,降低胎面胶的滚动阻力 对轮胎节油起着 决定性作用,5,低滞后炭黑的研发思路,Phillips,石油公司的,G.Kraus,最早揭示 出 炭黑性能与胶料滞后性能之间的关系,他断言 胎面胶在中等苛刻度条件下 其 耐磨性主要取决于炭黑粒径 而聚集体尺 寸分布影响着胶料的滞后性能,炭黑聚集体尺寸分布较宽 胶料的滞后性 能也较低,6,C.J.Stacy,把若干种普通炭黑的着色强度与它们的,BET,表面积,CTAB,表面积和,DBP,值等参数之间进行统计处理 得出着色强度与上述诸参数之间的回归方程式,7,由此 引伸出,着色差值,（,tint residue,）,的概念把一些新型炭黑的着色强度测定值与回归方程式的计算值相比较 以着色差值作为表征聚集体尺寸分布均匀程度的量度一般说来，低滞后炭黑的聚集体尺寸分布比普通炭黑更宽,着色差值,为负值 通常在,-,6 -20,之间,8,着色残差与聚集体尺寸不均匀度的关系,9,加宽聚集体分布 通常有两个途径,1,生产超高结构炭黑 结构越高 其聚 集体尺寸越不均匀,2,在同一反应炉中 同时生产两种不同 结构炭黑 达到加宽聚集体尺寸分布 的效果,10,CSRC,低滞后炭黑的性能举例,SA N,2,24M4 DBP Tint,对应品种,m,2,/g ml/100g%,（,Tint,）,LH35 80 98 94 N351,（,100,）,LH30 92 105 105 N339,（,110,）,LH20 108 108 115 N234,（,124,）,LH10 127 107 121 N110,（,124,）,11,低滞后炭黑 的生产方法,12,CSRC,低滞后炭黑反应炉（,EP 0 315 442,）,13,CSRC,低滞后炭黑反应炉两段径向喷油示意图（,EP 0 315 442,）,14,CABOT,低滞后炭黑反应炉（,EP 0494068,）,15,炭硅复合填料和 纳米结构炭黑的,研发背景,16,十多年前,绿色轮胎的开发成功 采用 白炭黑,/,硅烷填料体系和特种溶聚丁苯胶（,SSBR,）,明显改善了轮胎性能 滚动阻力 大幅下降 而,湿路面及冰雪路面上的抓着 力明显增强,这强烈地冲击着传统轮胎用炭黑 市场,17,现代轮胎性能的总体要求,牵引能力,与安全性直接相关的干湿路面及 冰雪路面上的抓着性,滚动阻力,关系到节省燃油且减少汽车废气 排放量的环保优势,胎面耐磨,关系到良好的耐磨性和较高的行 驶里程,对轮胎性能的总体要求,18,白炭黑胎面胶性能的魔术三角形,19,目前 欧洲乘用车胎胎面胶料中已有,80%,的炭黑被白炭黑所取代,这对炭黑生产商而言 是一个非常残酷的现实 迫使其加大研发资金的投入 开发新型炭黑 保住自己的市场,20,白炭黑和炭黑,这两种填料体系在轮胎应用领域中的竞争 促使人们研制新品种 提升炭黑的性能近年来 炭黑的技术开发工作已经取得长足进步 可特意改变炭黑表面活性 表面积和结构 以适合,现代轮胎的各项要求,21,炭硅复合填料和,纳米结构炭黑的,研发思路,22,填料改善轮胎性能的努力方向,填料改善轮胎性能的努力方向,23,研制新型炭黑的,4,个途径,24,正弦应力与应变的关系,25,动态条件下胶料应力与应变的关系,应变 振幅,a,；,同相应力 振幅,b,；,异相应力 振幅,c,；,总应力 振幅,d,26,两个应力分量与相角之间的关系,tan,=,A,2,/A,1,=,E,/,E,=,G,/,G,27,tan,0,与,tan,60,之关系图,28,在度量胶料的滚动阻力时,卡博特 测量,70,下，频率为,10,Hz,时的,tan,，,一般以,tan,70,表示 德固萨 是以,60,下，,1,Hz,为试验条件，通常以,tan,60,表示,在度量胶料的抗湿滑性能时,这,两家公司均测量,0,下的,tan,值，通常记,为,tan,0,29,降低胶料滞后损失，改善滚动阻力和抗湿滑性能的关键因素是,增强聚合物,-,填料间的相互作用减弱填料,-,填料间形成的网络,30,增强聚合物,-,填料间的相互作用 对炭黑而言 就是,提高表面活性 增加表面与弹性体相互作用的活性点,其途径为 人为干扰炭黑微晶的生成过程 增加微晶的缺陷和扭曲变形,31,炭硅复合填料,carbon-silica dual phase filler,32,炭硅复合填料,卡博特公司的生产方法是在原料油中添,加有机硅化物,这类炭,-,硅双相填料 是在炭黑微晶中掺,杂硅原子 而构成复合填料,炭黑作为连续相 其中镶嵌着硅的分散,相 这样不仅干扰了炭黑微晶的生长 而,且也改变了填料表面的化学性质,33,目前,卡博特研制的,Ecoblack,填料,有两类新型炭黑投放市场,即,CRX 2000,和,CRX 4000,CRX 2000,系列有,2124,2002,和,2006,CRX 4000,系列有,4210,34,Ecoblack,填料性能举例,N,2,SA CDBP,I,2,No,SiO,2,SiO,2,覆盖率,m,2,/g,mg/100g,mg/g,%,CRX 2124 171 115 120 4.1 21,CRX 4210 154 108 62 10.0 55,2124,类似于,N134,用于卡车胎,4210,类似于,N234,用于轿车胎,35,Ecoblack,填料的两个系列产品的白炭黑分布之差异,36,Ecoblack,CRX 4210,用于乘用车胎,37,Ecoblack,CRX 4210,胎面胶,料,tan,与温度的关系,38,Ecoblack,CRX 4210,胎面胶料,tan,max,值的,比较,39,Ecoblack,CRX 4210,胎面胶料耐磨性能的比较,40,各种填料中二氧化硅表面积对抗湿滑性能的影响,41,复合,填料的研制方法,*,反应炉型仍是卡博特的三段炉 采,用喉管径向喷油方式,*,沿喉管轴线以两点或多点喷油 调,节二氧化硅在聚集体中的分布,42,Ecoblack,4000,系列的生产方法（,US 5 904 762,）,43,纳米结构炭黑,nano,structure black,44,纳米结构炭黑,德固萨公司 开发出这类新品种炭黑 最初把它称作,“,inversion black,”,后来 统称为纳米结构炭黑,该公司除了生产炭黑之外 还生产白炭黑和硅烷 所以它放弃了新炭黑在乘用胎中的市场 只开发在载重车胎中的应用,45,纳米结构炭黑,和,ASTM,炭黑的差异,其纳米尺寸的表面粗糙度更高 而表面活性更强 表面活性较高 是由于微晶尺寸较小微晶呈高度的几何紊乱状态,46,炭黑微晶含有大量的棱边 这些棱边上的表面能特别地高 是与聚合物相互发生强烈的机械作用或 物理化学作用的活性点,47,随着表面粗糙度的增大，附着在炭黑表面上的聚合物数目则急剧增多,48,纳米结构炭黑,增强了填料,-,聚合物之间的相互作用降低了胶料在动态变形条件下的滞后损失和生热性能 而胶料的其他性能几乎可保持不变,49,纳米结构炭黑 的主要品种和性质,50,德固萨纳米结构炭黑的性能,品种名称,CTAB,，,m,2,/g DBP,，,ml/100g,E 1990 135 91,E 1830 77 89,E 1720 119 137,E 1670,95 139,EB 206 20 80,EB 204 21 143,51,纳米结构炭黑反应炉,(,US 6 099 818),52,纳米结构炭黑,在载重车胎中的应用,53,工业化生产的,4,种纳米结构炭黑 如,E 1990 E 1830 E 1720,和,E 1670,已在载重车胎的胎面胶中派上了用场 它们不但提高了轮胎的行使里程 而且使轮胎的生热和耐久性之间达到很好地平衡,54,为了改善胎体胶料的滞后损失 也开发出一些新型低表面积的纳米结构炭黑 如,EB 204,和,EB 206,等品种 以便进一步降低轮胎的滚动阻力,55,胎面胶选用,E1670,E1720,E1990,E1690,；,胎面基部胶选用,E1670,；,胎侧胶选用,E1670,；,缓冲层隔离胶选用,E1830,和,EB204,；,粘合胶料选用,E1830,胎体胶选用,EB204,；,外护围包布选用,EB204,；,内衬层胶选用,EB208,56,结论,在同一反应炉中 同时生产两种不同结构炭黑 达到加宽聚集体尺寸分的效果,增强聚合物,-,填料间的相互作用 对炭黑而言 就是,提高表面活性 增加表面与弹性体相互作用的活性点,其途径为 人为干扰炭黑微晶的生成过程 增加微晶的缺陷和扭曲变形,57,结论,低滞后炭黑只降低轮胎的滚动阻力 却不能改善抗湿滑性能 因此多用于赛车胎,炭硅复合填料和纳米结构炭黑符合现代轮胎性能的要求,轮胎用炭黑被部分白炭黑所取代或二者并用 是必然趋势,58,Thank You,谢谢,！,59,