中國(guó)橡膠機(jī)械網(wǎng) “綠色輪胎”以其舒適安全、環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，逐漸被大眾接受。據(jù)統(tǒng)計(jì)，最近幾年，使用高分散性白炭黑的“綠色輪胎”保持著10%～20%的年增長(zhǎng)率，而且越來(lái)越多的原配胎指標(biāo)中開始指定添加白炭黑。
影響輪胎滾動(dòng)阻力的因素
輪胎的滾動(dòng)阻力占轎車前進(jìn)阻力的18%～30%。國(guó)外資料顯示，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的能量消耗占整車能量消耗的40.6%，那么因滾動(dòng)阻力而消耗的燃油大約占到14%～17%。也就是說(shuō)，若滾動(dòng)阻力降低30%，則降低油耗約4.5%，最多可達(dá)6%。因此，有效降低輪胎的滾動(dòng)阻力，不僅可以節(jié)約燃油，對(duì)減少溫室氣體排放也會(huì)起到重要作用。
粘彈性的簾線橡膠體引起的滯后作用是滾動(dòng)損失最大的影響因素，占總損耗的85%～95%。因此，改善輪胎材料的粘彈性是降低滾動(dòng)阻力的有效途徑。此外，輪胎在地面滑動(dòng)引起的損耗、輪胎與空氣的摩擦損耗以及輪胎胎面花紋的設(shè)計(jì)也會(huì)消耗一定能量。
大量研究表明，當(dāng)輪胎胎面使用白炭黑作為填料后，輪胎的滾動(dòng)阻力可以得到有效降。
在大多數(shù)情況下，沉淀法白炭黑(二氧化硅)是由硅酸鈉溶液和硫酸溶液中和反應(yīng)生產(chǎn)的。它具有豐富的特性，可以用于許多不同的領(lǐng)域，在橡膠中可起到優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)作用，特別是應(yīng)用于一些淺色橡膠配方中，可使產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能。
根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，白炭黑可以被制成許多不同的形狀：粒狀、微珠狀或粉末狀。微珠狀白炭黑（Mircopearl）是一種獨(dú)特的白炭黑，兼有高流動(dòng)性和在橡膠基體中高分散性的特點(diǎn).
在橡膠工業(yè)領(lǐng)域，分散性高低是評(píng)價(jià)白炭黑的重要指標(biāo)之一。如果采用超聲波對(duì)白炭黑顆粒進(jìn)行處理，從處理后得到的激光粒徑分布圖（見圖1）可以清楚地看出：與有著相同物化性質(zhì)(比表面積、pH值、水份等)的普通沉淀法白炭黑相比，高分散性白炭黑（Zeosil1165MP）最終粒徑更小，而且還有較小的平均粒徑D50值(2.5μm相對(duì)于9～10μm)，多數(shù)粒子粒徑小于1μm，很少有超過20μm的粒子，而普通白炭黑則正好相反。
高分散性白炭黑在輪胎中的作用
1.吸附作用
白炭黑在橡膠中會(huì)有一種附加的吸附，首先是白炭黑表面羥基的吸附作用，另外是小孔隙引起的對(duì)小分子助劑的吸附。這兩種作用(化學(xué)作用與物理作用)結(jié)合在一起，減少了橡膠基體中促進(jìn)劑的活性濃度，從而降低了硫化速度和橡膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)度。因此，相對(duì)于炭黑配方，白炭黑配方中需要在基本配方的基礎(chǔ)上增加硬脂酸和促進(jìn)劑。如果不需要高的補(bǔ)強(qiáng)性和較低的門尼粘度，上述調(diào)整即可達(dá)到良好的硫化特性，而在物理性能方面，扯斷伸長(zhǎng)率和抗撕裂性變好。若要達(dá)到更優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性和優(yōu)化所有性能，則需在配方中增加一定量的偶聯(lián)劑，因?yàn)樗梢允箯椥泽w和白炭黑分子間真正形成牢固的結(jié)合，同時(shí)由于填料和橡膠間沒有了相對(duì)滑移，可以獲得較低的滯后性能。
研究發(fā)現(xiàn)，使用白炭黑取代炭黑，可以有效降低膠料的潘恩效應(yīng)以及高溫下?lián)p耗角正切tanδ，進(jìn)而改善輪胎的滾動(dòng)阻力。而使用全白炭黑的胎面膠料，可降低20%的滾動(dòng)阻力及約50%的胎面滯后性能，從而節(jié)約3%以上的燃油。
2.高分散性
白炭黑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其分散性。在輪胎胎面膠配方中，普通白炭黑由于分散性的限制，使用比例很難超過50%（白炭黑/填料），而且耐磨性相對(duì)炭黑有所下降，這就限制了輪胎性能的進(jìn)一步提高。
通過添加高比例白炭黑（＞50%），輪胎的各項(xiàng)性能都有顯著的提高。特別是在輪胎的主要參數(shù)，如耐磨耗性、濕牽引力和滾動(dòng)阻力的平衡性方面取得了重大突破。對(duì)于耐磨耗性和濕牽引力的改善，一方面是由于填料的高分散性使橡膠基體獲得更好的補(bǔ)強(qiáng)效果，另一方面由于特殊聚合體（常用溶聚丁苯橡膠）和白炭黑/偶聯(lián)劑體系的應(yīng)用提高了低溫下的tanδ。
通過三個(gè)膠料試驗(yàn)，我們比較了炭黑、普通白炭黑和高分散性白炭黑在輪胎中的表現(xiàn)。與炭黑相比，雖然普通白炭黑在抗?jié)窕院蜐L動(dòng)阻力方面有了很大提高，但是其加工性和磨耗性能明顯下降。而高分散性白炭黑的引入，不僅保持了白炭黑優(yōu)異的滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕?，而且改善了白炭黑膠料的磨耗和加工性能，達(dá)到或接近炭黑的水平，進(jìn)一步提高了輪胎的綜合性能。
除了高性能輪胎，高分散性白炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到其他類型的輪胎，如雪地輪胎。目前，全球輪胎廠商已經(jīng)普遍使用了白炭黑，冬季輪胎中至少2/3的填料是沉淀法白炭黑，使用沉淀法白炭黑可使輪胎獲得非常高的雪地牽引力。
研究輪胎在濕地、雪地和冰上的牽引力，常用的表征是低溫下的粘彈性。在這方面，白炭黑與炭黑之間的粘彈性確實(shí)存在著巨大的差異：使用高分散性白炭黑可以獲得更好的抓地力，這可從tanδ最大值的升高得到確證，也可從橡膠的剛性對(duì)溫度的關(guān)系方面得到證實(shí)；用高分散白炭黑可以在更寬的溫度范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)模量和粘性模量；并且，在-20℃下的損耗柔量，沉淀法白炭黑膠料也比炭黑膠料有顯著的改善。
雪地輪胎對(duì)耐磨性要求不高，因此可以考慮使用較低比表面積的高分散白炭黑（Zeosil115），因?yàn)檫@樣可獲得較好的膠料混煉和擠出性能，這得益于白炭黑的高分散性和較低的膠料粘度。而且，由于低比表面積可得到相對(duì)低的膠料門尼粘度，我們可以向配方中添加更高分?jǐn)?shù)的白炭黑來(lái)獲得更好的動(dòng)態(tài)性能.
影響輪胎滾動(dòng)阻力的因素
輪胎的滾動(dòng)阻力占轎車前進(jìn)阻力的18%～30%。國(guó)外資料顯示，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的能量消耗占整車能量消耗的40.6%，那么因滾動(dòng)阻力而消耗的燃油大約占到14%～17%。也就是說(shuō)，若滾動(dòng)阻力降低30%，則降低油耗約4.5%，最多可達(dá)6%。因此，有效降低輪胎的滾動(dòng)阻力，不僅可以節(jié)約燃油，對(duì)減少溫室氣體排放也會(huì)起到重要作用。
粘彈性的簾線橡膠體引起的滯后作用是滾動(dòng)損失最大的影響因素，占總損耗的85%～95%。因此，改善輪胎材料的粘彈性是降低滾動(dòng)阻力的有效途徑。此外，輪胎在地面滑動(dòng)引起的損耗、輪胎與空氣的摩擦損耗以及輪胎胎面花紋的設(shè)計(jì)也會(huì)消耗一定能量。
大量研究表明，當(dāng)輪胎胎面使用白炭黑作為填料后，輪胎的滾動(dòng)阻力可以得到有效降。
在大多數(shù)情況下，沉淀法白炭黑(二氧化硅)是由硅酸鈉溶液和硫酸溶液中和反應(yīng)生產(chǎn)的。它具有豐富的特性，可以用于許多不同的領(lǐng)域，在橡膠中可起到優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)作用，特別是應(yīng)用于一些淺色橡膠配方中，可使產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能。
根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，白炭黑可以被制成許多不同的形狀：粒狀、微珠狀或粉末狀。微珠狀白炭黑（Mircopearl）是一種獨(dú)特的白炭黑，兼有高流動(dòng)性和在橡膠基體中高分散性的特點(diǎn).
在橡膠工業(yè)領(lǐng)域，分散性高低是評(píng)價(jià)白炭黑的重要指標(biāo)之一。如果采用超聲波對(duì)白炭黑顆粒進(jìn)行處理，從處理后得到的激光粒徑分布圖（見圖1）可以清楚地看出：與有著相同物化性質(zhì)(比表面積、pH值、水份等)的普通沉淀法白炭黑相比，高分散性白炭黑（Zeosil1165MP）最終粒徑更小，而且還有較小的平均粒徑D50值(2.5μm相對(duì)于9～10μm)，多數(shù)粒子粒徑小于1μm，很少有超過20μm的粒子，而普通白炭黑則正好相反。
高分散性白炭黑在輪胎中的作用
1.吸附作用
白炭黑在橡膠中會(huì)有一種附加的吸附，首先是白炭黑表面羥基的吸附作用，另外是小孔隙引起的對(duì)小分子助劑的吸附。這兩種作用(化學(xué)作用與物理作用)結(jié)合在一起，減少了橡膠基體中促進(jìn)劑的活性濃度，從而降低了硫化速度和橡膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)度。因此，相對(duì)于炭黑配方，白炭黑配方中需要在基本配方的基礎(chǔ)上增加硬脂酸和促進(jìn)劑。如果不需要高的補(bǔ)強(qiáng)性和較低的門尼粘度，上述調(diào)整即可達(dá)到良好的硫化特性，而在物理性能方面，扯斷伸長(zhǎng)率和抗撕裂性變好。若要達(dá)到更優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性和優(yōu)化所有性能，則需在配方中增加一定量的偶聯(lián)劑，因?yàn)樗梢允箯椥泽w和白炭黑分子間真正形成牢固的結(jié)合，同時(shí)由于填料和橡膠間沒有了相對(duì)滑移，可以獲得較低的滯后性能。
研究發(fā)現(xiàn)，使用白炭黑取代炭黑，可以有效降低膠料的潘恩效應(yīng)以及高溫下?lián)p耗角正切tanδ，進(jìn)而改善輪胎的滾動(dòng)阻力。而使用全白炭黑的胎面膠料，可降低20%的滾動(dòng)阻力及約50%的胎面滯后性能，從而節(jié)約3%以上的燃油。
2.高分散性
白炭黑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其分散性。在輪胎胎面膠配方中，普通白炭黑由于分散性的限制，使用比例很難超過50%（白炭黑/填料），而且耐磨性相對(duì)炭黑有所下降，這就限制了輪胎性能的進(jìn)一步提高。
通過添加高比例白炭黑（＞50%），輪胎的各項(xiàng)性能都有顯著的提高。特別是在輪胎的主要參數(shù)，如耐磨耗性、濕牽引力和滾動(dòng)阻力的平衡性方面取得了重大突破。對(duì)于耐磨耗性和濕牽引力的改善，一方面是由于填料的高分散性使橡膠基體獲得更好的補(bǔ)強(qiáng)效果，另一方面由于特殊聚合體（常用溶聚丁苯橡膠）和白炭黑/偶聯(lián)劑體系的應(yīng)用提高了低溫下的tanδ。
通過三個(gè)膠料試驗(yàn)，我們比較了炭黑、普通白炭黑和高分散性白炭黑在輪胎中的表現(xiàn)。與炭黑相比，雖然普通白炭黑在抗?jié)窕院蜐L動(dòng)阻力方面有了很大提高，但是其加工性和磨耗性能明顯下降。而高分散性白炭黑的引入，不僅保持了白炭黑優(yōu)異的滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕?，而且改善了白炭黑膠料的磨耗和加工性能，達(dá)到或接近炭黑的水平，進(jìn)一步提高了輪胎的綜合性能。
除了高性能輪胎，高分散性白炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到其他類型的輪胎，如雪地輪胎。目前，全球輪胎廠商已經(jīng)普遍使用了白炭黑，冬季輪胎中至少2/3的填料是沉淀法白炭黑，使用沉淀法白炭黑可使輪胎獲得非常高的雪地牽引力。
研究輪胎在濕地、雪地和冰上的牽引力，常用的表征是低溫下的粘彈性。在這方面，白炭黑與炭黑之間的粘彈性確實(shí)存在著巨大的差異：使用高分散性白炭黑可以獲得更好的抓地力，這可從tanδ最大值的升高得到確證，也可從橡膠的剛性對(duì)溫度的關(guān)系方面得到證實(shí)；用高分散白炭黑可以在更寬的溫度范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)模量和粘性模量；并且，在-20℃下的損耗柔量，沉淀法白炭黑膠料也比炭黑膠料有顯著的改善。
雪地輪胎對(duì)耐磨性要求不高，因此可以考慮使用較低比表面積的高分散白炭黑（Zeosil115），因?yàn)檫@樣可獲得較好的膠料混煉和擠出性能，這得益于白炭黑的高分散性和較低的膠料粘度。而且，由于低比表面積可得到相對(duì)低的膠料門尼粘度，我們可以向配方中添加更高分?jǐn)?shù)的白炭黑來(lái)獲得更好的動(dòng)態(tài)性能.