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炭黑与白炭黑的特性比較低燃費轮胎滚动阻力与抓地性的平衡滚动阻力与抓地性的平衡优科豪马优科豪马中国中国技术中心技术中心福井善啓福井善啓炭黑与白炭黑的炭黑与白炭黑的特性特性比較比較0.5m mm经填充剂配合后橡胶的电子显微镜下的照片经填充剂配合后橡胶的电子显微镜下的照片白碳黑白碳黑碳黑碳黑炭黒白炭黒：白炭黒：通过表面吸附的水分的氢元素间的结合使白炭黑粒子结合在一起通过表面吸附的水分的氢元素间的结合使白炭黑粒子结合在一起白炭黑共共价价結結合：合：100%100%共共价价結合：結合：离子离子結結合合5050：50%50%表面锯齿状、反应点多表面光滑、反应点少橡胶被约束、形成较大的凝胶橡胶的约束力弱、凝胶小与橡胶的反应与橡胶的反应炭黑炭黑白炭黑白炭黑橡胶橡胶凝胶橡胶凝胶：強固、多：強固、多橡胶凝胶橡胶凝胶：結合：結合弱弱、少、少 PAYNE効効应及填充剂间应及填充剂间相互作用相互作用应变应变 小小应变应变 大大当产生当产生少少量变形时量变形时、填充剂的填充剂的网络会对它的变形加以抑制网络会对它的变形加以抑制弹性模量弹性模量 大大当产生大量变形时当产生大量变形时、填充剂的网络出填充剂的网络出现崩裂现崩裂、它的变形由橡胶来支撑它的变形由橡胶来支撑弹弹性模量性模量小小内部构造与滞后损耗内部构造与滞后损耗白碳黑白碳黑碳黑碳黑在变形时，填充剂之间相互摩擦，在变形时，填充剂之间相互摩擦，能量损失较大能量损失较大经碳黑配合的橡胶滞后损耗会经碳黑配合的橡胶滞后损耗会相应增加相应增加一般情况下一般情况下、颗粒直径越小的碳黑所颗粒直径越小的碳黑所产生的产生的滞后损耗就越大滞后损耗就越大填充剂之间的填充剂之间的相互作用相互作用较小较小、能量损失也较少。能量损失也较少。经白碳黑配合的橡胶经白碳黑配合的橡胶滞后损耗较少滞后损耗较少剪切模量的应变依存性剪切模量的应变依存性歪歪10.110100G*(MPa)1050碳黑碳黑(N234)白碳黑（无偶白碳黑（无偶联剂联剂）白碳黑白碳黑（Si69添加）添加）A.McNeishA.McNeish,Functional Tire Fillers 2001,Florida,Jan.29-31,2001.,Functional Tire Fillers 2001,Florida,Jan.29-31,2001.白碳黑白碳黑偶联剂：偶联剂：PAYNEPAYNE効効应应小小si69si75低燃費炭黒低燃費炭黒的开发方向的开发方向EVONIKEcorax填充剂、橡胶的网络橡胶约束力的控制橡胶约束力的控制强且柔软强且柔软碳黑投入碳黑后，为什么投入碳黑后，为什么会提高橡胶的强度？会提高橡胶的强度？拉伸后！橡胶分子碳黑被碳黑被橡胶分子紧紧的吸附橡胶分子紧紧的吸附由由電子電子引起的引起的橡胶分子的吸附橡胶分子的吸附白炭黑：既柔软又有良好弹性的球白炭黑：既柔软又有良好弹性的球炭黑炭黑 ：既硬又无弹性的球既硬又无弹性的球降低降低RRCRRC及提高及提高WETWET制動性能制動性能分散在橡胶中的白炭黑分散在橡胶中的白炭黑白炭黑凝聚体间的摩擦小，白炭黑凝聚体间的摩擦小，凝聚体间的摩擦小凝聚体间的摩擦小、能量损失减少能量损失减少滚动阻力降低滚动阻力降低白炭黑施加的拘束小白炭黑施加的拘束小、橡胶能自由运动橡胶能自由运动橡胶弹性大橡胶弹性大、易吸收易吸收路面路面的的変形変形 （低温（低温下的下的EE低）低）在与在与路面路面之间之间、易生成溶解橡胶易生成溶解橡胶在与在与路面路面之间之间、体现出高抓地力体现出高抓地力对炭黑来讲，对炭黑来讲，凝聚体大凝聚体大、摩擦大摩擦大 橡胶对炭黑有较大的拘束橡胶对炭黑有较大的拘束白炭黑白炭黑系系炭黑炭黑系系路面路面抓地力的原理影响摩擦力的因素影响摩擦力的因素”The Friction of Pneumatic Tyres,”Elsevier Scientific Publishing Company,Amsterdam,1975橡胶的橡胶的摩擦、摩擦、主要有两种主要有两种。橡胶由橡胶由路面間路面間的起伏的起伏、引起引起振動。振動。橡胶的橡胶的振動振動引起滞后引起滞后损损耗耗。这这种种损损耗，使橡胶的运耗，使橡胶的运动动能量能量转转化化为为热热能而能而损损失掉，从而失掉，从而产产生抵抗力。生抵抗力。这这个称个称为为“。对对于滞后于滞后摩擦摩擦，一般一般随着随着 的的增加而增加增加而增加。橡胶分子与路面橡胶分子与路面间产间产生的摩擦生的摩擦在界面在界面产产生的生的粘着粘着現象現象tx接触面积接触面积 A Av粘结的摩擦力粘结的摩擦力 F FA A增加增加摩擦力摩擦力的方法的方法增大接触面积增大接触面积提高提高界面強度界面強度(变形模式被剪断变形模式被剪断)FA=As(Ludema(Ludema,K.C.,Tabor,D.:,K.C.,Tabor,D.:WearWear,9,329(1966),9,329(1966)滞后滞后摩擦力摩擦力 FH增加增加摩擦力摩擦力的方法的方法変形量変形量d d0 0 大大橡胶的滞后橡胶的滞后损损失大失大2aWv F FH H=K Kd d0 02 2E E tantand d(Moore,D.F.:”Viscoelastic(Moore,D.F.:”Viscoelastic Machine Elements,”Butterworth-Heinemann Ltd.,1993)Machine Elements,”Butterworth-Heinemann Ltd.,1993)椭圆椭圆形突起的情况形突起的情况：基于基于HertzHertz的的接触理論、接触理論、F FH H=kE kE-1/3-1/3tantand d 3232220123812/EWER d dd d0 0polished stainless steelwavy glassclean silicone carbidedusted silicone carbide粘结的峰值粘结的峰值滞滞后后損失損失的峰值的峰值Rubber Chemistry and Technology,vol.3737,p.386(1964)摩擦对周波数的摩擦对周波数的依存性依存性J.Eberhardsteiner,W.Fidi and W.Liederer,Kautschk Gummi Kunststoffe 51,Jahrgang,Nr.11/98ABS体系体系非非ABS体系体系ABS：Anti Lock Braking SystemLog (mm/s)滑移滑移速度速度-10.0 3570.20.40.60.8凝着凝着(粘着）粘着）滞后滞后-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来决定由什么来决定对路面的摩擦力对路面的摩擦力有效接地面积有效接地面积耐变形的结构耐变形的结构在淋湿的路面上容易打滑行驶速度（km/h）在时速公里在时速公里情况下、湿润路情况下、湿润路面的摩擦力仅仅面的摩擦力仅仅是干燥路面的一是干燥路面的一半。半。容易打滑容易打滑滚动摩擦系数滚动摩擦系数干燥路面湿润路面低燃費低燃費轮胎的轮胎的原理原理要求強要求強能量损失能量损失滚动一周滚动一周变形一次变形一次約約10Hz轮胎的滚动阻力与轮胎的滚动阻力与摩擦力摩擦力Rubber变变形形摩擦力摩擦力V 滚动阻力滚动阻力降低贡献大的胎面胶的能量损失降低贡献大的胎面胶的能量损失（滞后损耗）（滞后损耗）因因路面微少凹凸路面微少凹凸而产生变形而产生变形103105Hz極表面的薄层被剪断極表面的薄层被剪断变形速度变形速度 快快滚动滚动阻力的阻力的50%来自于来自于轮轮胎整胎整体体的的变变形形滚动阻力的滚动阻力的50%来自于来自于胎面胎面胶的胶的变变形形0Tan比例比例60Tan比例比例根据粘根据粘弹弹性特性来控制性特性来控制轮胎性能与粘弹轮胎性能与粘弹性特性（温度依存性）性特性（温度依存性）温度()低低油费油费性能性能湿地性能冬季性能、脆性温度-60060tanE高抓地低燃費为什么在绿色轮胎里使用S-SBR？Green Tire中使用中使用S-SBR的的理由理由控制丁二控制丁二烯结烯结合的量是合的量是可能可能的的使使分子末端分子末端具有具有反応性反応性是可能的是可能的分子量分布分子量分布变变窄窄（均一）均一）增加Vinyl的結合使Tan的温度依存性变大增加Cis結合使低温下分子的运动也变得活跃炭黒、白炭黒与分子末端結合高温Tan变低分子的长度均一使Tan的温度依存性变大炭黒、白炭黒与分子末端結合增加分散控制控制TanTan控制控制Payne効果効果控制控制Tan控制控制Tan控制附着摩擦控制附着摩擦高高抓地力抓地力、低燃費低燃費高抓地低燃費通通过过分子末端分子末端变变形降低形降低Payne効効应应提高提高白炭黒白炭黒的的分散分散謝謝最先進的低燃費輪胎最先進的低燃費輪胎
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