炭黑與白炭黑的特性比較、低燃費(fèi)輪胎(中文)

1、炭黑與白炭黑的特性比較低燃費(fèi)輪胎滾動(dòng)阻力與抓地性的平衡滾動(dòng)阻力與抓地性的平衡優(yōu)科豪馬中國(guó)技術(shù)中心優(yōu)科豪馬中國(guó)技術(shù)中心福井善啓福井善啓炭黑與白炭黑的特性比較炭黑與白炭黑的特性比較0.5m mm經(jīng)填充劑配合后橡膠的電子顯微鏡下的照片經(jīng)填充劑配合后橡膠的電子顯微鏡下的照片白碳黑白碳黑碳黑碳黑炭黒白炭黒：白炭黒：通過表面吸附的水分的氫元素間的結(jié)合使白炭黑粒子結(jié)合在一起通過表面吸附的水分的氫元素間的結(jié)合使白炭黑粒子結(jié)合在一起白炭黑共價(jià)結(jié)合：共價(jià)結(jié)合：100%100%共價(jià)結(jié)合：離子結(jié)合共價(jià)結(jié)合：離子結(jié)合5050：50%50%表面鋸齒狀、反應(yīng)點(diǎn)多表面光滑、反應(yīng)點(diǎn)少橡膠被約束、形成較大的凝膠橡膠的約束力弱、凝

2、膠小與橡膠的反應(yīng)與橡膠的反應(yīng)炭黑炭黑白炭黑白炭黑橡膠橡膠凝膠：強(qiáng)固、多橡膠凝膠：強(qiáng)固、多橡膠凝膠：結(jié)合弱、少橡膠凝膠：結(jié)合弱、少 PAYNE効應(yīng)及填充劑間相互作用効應(yīng)及填充劑間相互作用應(yīng)變應(yīng)變 小小應(yīng)變應(yīng)變 大大當(dāng)產(chǎn)生少量變形時(shí)、填充劑的當(dāng)產(chǎn)生少量變形時(shí)、填充劑的網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)它的變形加以抑制網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)它的變形加以抑制彈性模量彈性模量 大大當(dāng)產(chǎn)生大量變形時(shí)、填充劑的網(wǎng)絡(luò)出當(dāng)產(chǎn)生大量變形時(shí)、填充劑的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)崩裂、它的變形由橡膠來支撐現(xiàn)崩裂、它的變形由橡膠來支撐彈彈性模量小性模量小內(nèi)部構(gòu)造與滯后損耗內(nèi)部構(gòu)造與滯后損耗白碳黑白碳黑碳黑碳黑在變形時(shí)，填充劑之間相互摩擦，在變形時(shí)，填充劑之間相互摩擦，能量損失較

3、大能量損失較大經(jīng)碳黑配合的橡膠滯后損耗會(huì)經(jīng)碳黑配合的橡膠滯后損耗會(huì)相應(yīng)增加相應(yīng)增加一般情況下、顆粒直徑越小的碳黑所一般情況下、顆粒直徑越小的碳黑所產(chǎn)生的產(chǎn)生的滯后損耗就越大滯后損耗就越大填充劑之間的相互作用較小、填充劑之間的相互作用較小、能量損失也較少。能量損失也較少。經(jīng)白碳黑配合的橡膠經(jīng)白碳黑配合的橡膠滯后損耗較少滯后損耗較少剪切模量的應(yīng)變依存性剪切模量的應(yīng)變依存性歪歪10.110100G*(MPa)1050碳黑碳黑(N234)白碳黑（無偶白碳黑（無偶聯(lián)劑聯(lián)劑） ）白碳黑（白碳黑（Si69添加）添加）A. McNeish, Functional Tire Fillers 2001, Flor

4、ida, Jan.29-31,2001.A. McNeish, Functional Tire Fillers 2001, Florida, Jan.29-31,2001.白碳黑偶聯(lián)劑：白碳黑偶聯(lián)劑：PAYNEPAYNE効應(yīng)小効應(yīng)小si69si75低燃費(fèi)炭黒的開發(fā)方向低燃費(fèi)炭黒的開發(fā)方向EVONIKEcorax填充劑、橡膠的網(wǎng)絡(luò)橡膠約束力的控制橡膠約束力的控制強(qiáng)且柔軟強(qiáng)且柔軟碳黑投入碳黑后，為什么投入碳黑后，為什么會(huì)提高橡膠的強(qiáng)度？會(huì)提高橡膠的強(qiáng)度？拉伸后！橡膠分子碳黑被碳黑被橡膠分子緊緊的吸附橡膠分子緊緊的吸附由由電子引起的電子引起的橡膠分子的吸附橡膠分子的吸附白炭黑：既柔軟又有良好彈性的球

5、白炭黑：既柔軟又有良好彈性的球炭黑炭黑 ： 既硬又無彈性的球既硬又無彈性的球降低降低RRCRRC及提高及提高WETWET制動(dòng)性能制動(dòng)性能分散在橡膠中的白炭黑分散在橡膠中的白炭黑白炭黑凝聚體間的摩擦小，白炭黑凝聚體間的摩擦小，凝聚體間的摩擦小、能量損失減少凝聚體間的摩擦小、能量損失減少滾動(dòng)阻力降低滾動(dòng)阻力降低白炭黑施加的拘束小、橡膠能自由運(yùn)動(dòng)白炭黑施加的拘束小、橡膠能自由運(yùn)動(dòng)橡膠彈性大、易吸收路面的変形橡膠彈性大、易吸收路面的変形 （低溫下的（低溫下的EE低）低）在與路面之間、易生成溶解橡膠在與路面之間、易生成溶解橡膠在與路面之間在與路面之間、體現(xiàn)出高抓地力、體現(xiàn)出高抓地力對(duì)炭黑來講，對(duì)炭黑來講

6、， 凝聚體大、摩擦大凝聚體大、摩擦大 橡膠對(duì)炭黑有較大的拘束橡膠對(duì)炭黑有較大的拘束白炭黑系白炭黑系炭黑系炭黑系路面路面抓地力的原理影響摩擦力的因素影響摩擦力的因素”The Friction of Pneumatic Tyres,” Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1975橡膠的摩擦、主要有兩種。橡膠的摩擦、主要有兩種。 橡膠由路面間的起伏、引起振動(dòng)。橡膠由路面間的起伏、引起振動(dòng)。橡膠的振動(dòng)引起滯后橡膠的振動(dòng)引起滯后損損耗。耗。這這種種損損耗，使橡膠的運(yùn)耗，使橡膠的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能量能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為熱熱能而能而損損失掉，從而失掉，從而

7、產(chǎn)產(chǎn)生抵抗力。生抵抗力。 這這個(gè)稱個(gè)稱為為“ “。 。對(duì)對(duì)于滯后摩擦，一般隨著于滯后摩擦，一般隨著 的的增加而增加。增加而增加。橡膠分子與路面橡膠分子與路面間產(chǎn)間產(chǎn)生的摩擦生的摩擦在界面在界面產(chǎn)產(chǎn)生的粘著現(xiàn)象生的粘著現(xiàn)象tx接觸面積接觸面積 A Av粘結(jié)的摩擦力粘結(jié)的摩擦力 F FA A增加摩擦力的方法增加摩擦力的方法增大接觸面積增大接觸面積提高界面強(qiáng)度提高界面強(qiáng)度( (變形模式被剪斷變形模式被剪斷) )FA=As(Ludema, K. C., Tabor, D. : (Ludema, K. C., Tabor, D. : WearWear, 9, 329 (1966), 9, 329 (19

8、66)滯后摩擦力滯后摩擦力 FH增加摩擦力的方法增加摩擦力的方法変形量変形量d d0 0 大大橡膠的滯后橡膠的滯后損損失大失大2aWv F FH H = =K Kd d0 02 2E E tantand d(Moore, D. F.: ”Viscoelastic Machine Elements,” Butterworth-Heinemann Ltd., 1993)(Moore, D. F.: ”Viscoelastic Machine Elements,” Butterworth-Heinemann Ltd., 1993) 橢圓橢圓形突起的情況形突起的情況：基于：基于HertzHertz的接

9、觸理論、的接觸理論、F FH H = =kE kE -1/3-1/3tantand d 3232220123812/ EWER d dd d0 0polished stainless steelwavy glassclean silicone carbidedusted silicone carbide粘結(jié)的峰值粘結(jié)的峰值滯后滯后損失損失的峰值的峰值Rubber Chemistry and Technology, vol.3737, p.386 (1964)摩擦對(duì)周波數(shù)的依存性摩擦對(duì)周波數(shù)的依存性J.Eberhardsteiner, W.Fidi and W.Liederer, Kautsch

10、k Gummi Kunststoffe 51, Jahrgang, Nr.11/98ABS體系體系非非ABS體系體系A(chǔ)BS： ：Anti Lock Braking SystemLog (mm/s)滑移速度滑移速度-10.0 3570.20.40.60.8凝著凝著( (粘著）粘著）滯后滯后-WET1.01.21.41.6高変形速度高変形速度低変形速度低変形速度抓地力抓地力路面抓地力抓地力由什么來決定由什么來決定對(duì)路面的摩擦力對(duì)路面的摩擦力有效接地面積有效接地面積耐變形的結(jié)構(gòu)耐變形的結(jié)構(gòu)在淋濕的路面上容易打滑行駛速度（km/h）在時(shí)速公里在時(shí)速公里情況下、濕潤(rùn)路情況下、濕潤(rùn)路面的摩擦力僅僅面的摩擦

11、力僅僅是干燥路面的一是干燥路面的一半。半。容易打滑容易打滑滾動(dòng)摩擦系數(shù)滾動(dòng)摩擦系數(shù)干燥路面濕潤(rùn)路面低燃費(fèi)輪胎的原理低燃費(fèi)輪胎的原理要求強(qiáng)要求強(qiáng)能量損失能量損失滾動(dòng)一周滾動(dòng)一周變形一次變形一次約約10Hz輪胎的滾動(dòng)阻力與摩擦力輪胎的滾動(dòng)阻力與摩擦力Rubber變變形形摩擦力摩擦力V 滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力降低貢獻(xiàn)大的胎面膠的能量損失降低貢獻(xiàn)大的胎面膠的能量損失（滯后損耗）（滯后損耗）因路面微少凹凸而產(chǎn)生變形因路面微少凹凸而產(chǎn)生變形103105Hz極表面的薄層被剪斷極表面的薄層被剪斷變形速度變形速度 快快滾動(dòng)滾動(dòng)阻力的阻力的50%來自于來自于輪輪胎整體的胎整體的變變形形滾動(dòng)阻力的滾動(dòng)阻力的50%來自于來自于胎面膠的胎面膠的變變形形0Tan比例比例60Tan比例比例根據(jù)粘根據(jù)粘彈彈性特性來控制性特性來控制輪胎性能與粘彈性特性（溫度依存性）輪胎性能與粘彈性特性（溫度依存性）溫度()低油費(fèi)性能低油費(fèi)性能濕地性能冬季性能、脆性溫度-60060tanE高抓地低燃費(fèi)為什么在綠色輪胎里使用S-SBR？Green Tire中使用中使用S-SBR的理由的理由控制丁二控制丁二烯結(jié)烯結(jié)合的量是可能的合的量是可能的使分子末端具有反応性是可能的使分子末端具有反応性是可能的分子量分布分子量分布變變窄（均一）窄（均一）增加Vinyl的結(jié)合使Tan的溫度依存性變大增加Cis結(jié)合使低溫下分子的運(yùn)動(dòng)也變得活躍炭黒、