二、硫化膠性能

輪胎各部件膠料的硫化膠性能決定著輪胎的成品性能。硫化膠性能主要包括硬度、拉伸性能、彈性、耐疲勞性等。輪胎使用條件復雜多變，需要具有多方面的綜合性能。不同規(guī)格品種輪胎、不同部件對性能要求的側(cè)重點不同，不能以某些性能作為衡量標準。每項性能都與配方中所選擇的炭黑品種和用量相關(guān)，需要配方設(shè)計者根據(jù)需要合理匹配。

(一) 硬度和定伸應(yīng)力

硬度和定伸應(yīng)力都是表征硫化膠剛性的物性指標，均表示膠料抵抗外力作用的能力。硬度與小的壓縮變形相關(guān)，定伸應(yīng)力則與大的拉伸變形相關(guān)。在輪胎配方中影響硬度及定伸應(yīng)力的因素主要有:補強體系的品種和用量，操作油和加工助劑用量， 以及硫化交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

硫化膠硬度與定伸應(yīng)力基本與炭黑填充量成比例增加，但結(jié)晶性橡膠的增長幅度比非結(jié)晶性橡膠高，例如在同一炭黑配合量下，結(jié)晶橡膠硬度及定伸應(yīng)力更高。雖然添加炭黑可以提高硬度，但隨著炭黑用量增加，膠料加工性能變差。在實際應(yīng)用中，炭黑用量有一定限度，單用炭黑膠料硬度很難達到85 (邵氏A型)以上，對于硬度要求很高的膠料，如子午線輪胎三角膠，使用補強樹脂是常用而且有效的增硬方法。膠料硬度及定伸應(yīng)力還與炭黑性質(zhì)有關(guān)，比表面積小的炭黑，硫化膠硬度高。所以人們習慣上把表面積大的高補強性炭黑稱為硬質(zhì)炭黑，而把比表面積小的低補強性炭黑稱為軟質(zhì)炭黑。炭黑比表面積對膠料定伸應(yīng)力影響并不大，炭黑的結(jié)構(gòu)對定伸應(yīng)力影響較大，結(jié)構(gòu)高的發(fā)黑，膠料定伸高。而使用表面活性高的炭黑。由于橡膠與炎黑相互作用增強，結(jié)合膠增多，定伸應(yīng)力和硬度都會提高。

(二)拉斷強度及扯斷伸長率

拉斷強度表征橡膠抵抗外力作用的極限能力，是橡膠能否滿足使用要求，使用壽命如何的重要指標。配方中各組分與拉斷強度的關(guān)系是輪胎配方工程師必須重點了解的內(nèi)容，

補強體系的作用是提高橡膠的強度，所以對拉斷強度影響很大。一般炭黑粒徑越小、表面活性越大，補強性越好，拉斷強度越高。但用量的影響則因膠種而不同，結(jié)晶性橡膠具有自補強性，生膠強度較高，拉斷強度隨黑用量增加而下降，非結(jié)晶橡膠則隨炭黑用量增加而增大，達到峰值后開始下降。炭黑結(jié)構(gòu)與拉斷強度的相關(guān)性不明顯，在輪胎配方常用的配合量下，

一般拉斷強度隨結(jié)構(gòu)的增高而降低。配方中的增塑劑會降低硫化膠的強度，與橡膠本體相容性好的增塑劑影響小一些。

硫化膠的扯斷伸長率與拉斷強度有很大相關(guān)性，只有拉斷強度高的膠料，才能保證在拉伸過程中不斷裂，因而具有較高的伸長率。一般情況下，膠料定伸應(yīng)力和硬度高，扯斷伸長率低。

(三)彈性

彈性是橡膠特有的寶貴性能。但橡膠并不是理想的彈性體，它既有彈性又有黏性。輪胎的某些部件對彈性要求較高，提高膠料彈性可以通過調(diào)整生膠體系、補強體系和硫化體系實現(xiàn)。補強填料用量大對彈性不利，而且越是粒徑小、結(jié)構(gòu)高、表面活性大的炭黑，對硫化膠的彈性越不利。提高含膠率是獲得高彈性膠料的簡單而有效的方法。

(四)耐磨性

耐磨性表征硫化膠抵抗摩擦力作用的能力，是與使用壽命相關(guān)的力學性能。橡膠的耐磨性本身機理非常復雜，影響因素很多，涉及機械破壞，如疲勞、撕裂等;還涉及機械-化學-熱化學作用，其本質(zhì)上取決于生膠、交聯(lián)結(jié)構(gòu)和由填料類型及填充量確定的翅分子結(jié)構(gòu)。

對于給定聚合物，磨耗是受到填料強烈作用的性能。比表面積是影響填充硫化膠磨耗性能的最重要的參數(shù)，通常填充高比表面積炭黑的膠料具有較高耐磨性，特別是在較填充量下，耐磨性隨比表面增大而提高。但比表面積對耐磨性的影響有限度，當比表面積超過一定限度后，耐磨性不會再提高，實際上，比表面積極高的炭黑，耐磨性反而較差，這種現(xiàn)象在高填充量下會更加明顯。這與高比表面積炭黑填料-填料之間互相作用較高、難于均勻分散有關(guān)。

炭黑結(jié)構(gòu)對膠料耐磨性的影響與磨耗類型有關(guān)。研究橡膠的磨耗不能不提摩擦表面狀況，因為橡膠在不同表面上具有完全不同的摩擦機理。橡膠在粗糙表面摩擦時，凸出的尖銳物不斷切割使膠料表面被扯成無數(shù)細小的微粒，形成磨損磨耗。此時膠料的強度越高、彈性越高，耐磨性越好。當橡膠與光滑的表面接觸時，由于摩擦力的作用，使硫化表面凹凸不平的部分變形，最終成卷地脫落，此謂卷曲磨耗。同時與摩擦表面相接觸的硫化膠表面在反復的摩擦過程中受到周期性壓縮剪切、拉伸等作用，橡膠表面產(chǎn)生疲勞，并漸漸生成疲勞裂紋。這些裂紋不斷發(fā)展造成材料表面脫落，這種磨耗稱為疲勞磨耗?？梢娤鹉z的磨耗機理十分復雜，不同的使用條件會導致不同的結(jié)論。硫化膠的諸多力學性能中，拉斷強度和彈性對耐磨性的影響始終是積極的，即隨著拉斷強度和彈性的增加，耐磨性提高;提高膠料的耐疲勞性對降低疲勞磨耗有利;而定伸應(yīng)力對不同類型的磨耗有不同的影響，高定伸對磨損磨耗和卷曲磨耗有利，而對疲勞磨耗則剛好相反。

炭黑表面活性也是影響膠料磨耗的重要參數(shù)，近年來備受關(guān)注。表面活性高的發(fā)黑與聚合物相互作用更強，耐磨性高。炭黑表面含氧官能團對耐磨性不利，若炭黑被化學物質(zhì)吸附也會使表面活性降低，影響耐磨性。

填充量對磨耗的影響存在最佳值，具體用量依膠種、交聯(lián)密度和使用條件而不同。天然橡膠體系、交聯(lián)密度大的體系和使用條件較溫和的體系最佳用量較低。白炭黑的耐磨性明顯不如炭黑，雖然與偶聯(lián)劑配合后有所改善，但耐磨始終是白發(fā)黑的弱項。

在膠料中均勾分做是炭黑發(fā)揮補強作用的前提，這一點對耐磨性尤為重要，胎面膠混煉過程中一定要保證炭黑良好的分散性，但值得注意的是，一些能夠改善炭黑分散性的助劑會使炭黑表面活性降低，影響到炭黑與聚合物相互作用，最終使耐磨性下降。在混煉過程中應(yīng)關(guān)注如何充分發(fā)揮橡膠和炭黑本身的作用，盡量避免影響相互作用的混煉工藝和配合劑。