凹凸于橡胶表面的炭黑颗粒对轮胎耐磨性的作用

通过采用原子力显微镜研究分散于橡胶中的炭黑微观颗粒,测量了凸出在橡胶表面的炭黑聚集体高度值和包裹于炭黑周围的结合胶厚度值。研究发现其厚度变化范围为3 nm～7 nm,对应的炭黑原生粒径范围为20 nm～70 nm,而宏观耐磨性由大到小依次增强。较大粒径(70 nm左右)炭黑周围几乎观察不到结合胶,炭黑凸出高度值较大(约为20 nm～70 nm)。基于橡胶结合胶理论和磨粒磨损机理,提出一种新颖的炭黑补强解释。该理论的要点认为炭黑补强轮胎耐磨性归因于大量凸出在橡胶基体上的炭黑聚集体颗粒提供的表面硬质点,这些硬质点与地面接触,从而保护了基体橡胶不因高速摩擦而磨损。炭黑原生颗粒和橡胶基体的固定可通过一层结合胶实现。结合胶在受外力产生摩擦时能够提供弹性,能够将部分炭黑颗粒埋藏起来,而另一部分炭黑颗粒则仍然凸出于基体表面抵制耐磨,外力撤除后,其又恢复正常。