帶有或不帶有硅烷偶聯(lián)劑的炭黑和白炭黑共混物通常被用在推土機和礦山機械輪胎的胎面膠中。因為在炭黑混煉膠中添加一定數(shù)量的白炭黑可以改善制品的割口和掉塊（C&C）現(xiàn)象。
研究的目標是通過分析使用多少份白炭黑，其比表面的變化影響割口和掉塊現(xiàn)象，并測定添加的硅烷偶聯(lián)劑對炭黑/白炭黑混煉膠性能的影響。更好地研究這些填充物對割口和掉塊的影響，將促使新型炭黑和白炭黑開發(fā)的更快，為使用者在輪胎開發(fā)應用方面提供更多的機會。
實驗
◆總體描述
在第一步分析中，分別使用炭黑Corax N 115、Ecorax 1990、白炭黑Ultrasil VN 2GR、Ultrasil VN 3GR、Ultrasil 7000 GR和Ultrasil 7005，分析數(shù)據(jù)見表1。
                        
白炭黑比表面積的影響因炭黑、炭黑/白炭黑混合體系的不同而不同，這是研究的主要內(nèi)容。
通常情況下選用天然膠作為主體材料，在少數(shù)測試中，用乳聚丁苯橡膠（E-SBR）代替天然橡膠。在填充的炭黑/白炭黑混合體系中，炭黑占52份，依據(jù)白炭黑不同的比表面積，白炭黑占9～13份。混煉膠分三段混煉。表2中的混煉膠是在實驗室的1.5升的密煉機中完成的。
                                 
◆物理性能的測試
用標準的ISO、 DIN和ASTM測試程序評價橡膠的性能。應力應變性能測試用環(huán)形試片完成， ISO37標準。動態(tài)性能測試按照 MTS 83模式，預負荷50牛頓，動負荷25牛頓，頻率16赫茲。損耗因數(shù)tanδ（60℃）適用MDR分析，在模型中硫化好的試片，試驗條件是頻率16赫茲，剪切扭距0.5°。熱生成測試是在室溫的環(huán)境中，120分鐘，振幅0.175英寸，用固特里利奇的曲撓儀完成。Graves（帶有切口），同模型C（沒有切口）的一樣，用來分析撕裂性能。依據(jù)ASTM D 813標準，用德墨西亞曲撓實驗機進行2mm刀槽花紋的測試。填充物的分散效果通過檢測硫化膠表面的粗糙狀況來確定。
實驗結果
表3給出德墨西亞屈撓測試關于撕裂性能的一般結論。表3顯示，相對于只加炭黑的混煉膠，加入炭黑/白炭黑的混煉膠撕裂性能更好。盡管撕裂性能主要受割口和掉塊的影響，但德墨西亞屈撓試驗可以總結出：炭黑/白炭黑的混煉膠撕裂性能比只加炭黑的混煉膠撕裂性能好。
                     
測試混煉膠的性能依據(jù)更多實驗條件，即輪胎的相關條件，撕裂分析儀也同樣適用。下面的測試用撕裂分析儀分析生熱對混煉膠撕裂性能的影響。
可以看出，在較高的測試溫度下，對撕裂性能的影響非常明顯。測試溫度越高，割口增長速度越快，并且撕裂性能越差。因此，總結出描述混煉膠的撕裂性能，考慮生熱也是非常必要的。實驗表明，當變形幅度達到25%以上時，割口增長速度更明顯。
另外，研究在高溫下，測定只加炭黑的混煉膠與炭黑/白炭黑的共混膠撕裂性能的區(qū)別是否效果更明顯。
研究結果看出，添加炭黑/白炭黑共混物的混煉膠比單一炭黑混煉膠的撕裂性能有改善的趨勢，并且，只有當變形幅度超過25%時，兩種混煉膠撕裂性能的區(qū)別才明顯。事實是這兩種混煉膠的區(qū)別并沒有更多實質(zhì)性的檢測，因為當白炭黑加入混煉膠時，補強體系的總量從55份增加到68份。實際中，由于加入白炭黑，炭黑在混煉膠中占的比例應有所減少，對這樣的混煉膠并未在研究中考慮。
實驗對三種不同比表面積的白炭黑作了比較。白炭黑分別為VN 2 GR，U7000和U7005，并且調(diào)整他們的用量比例，使混煉膠中填充體系的比表面積相同。白炭黑粒徑越小的，混煉膠撕裂性能越好，撕裂性能最好的是高比表面積（HSA）白炭黑U7005。
對添加相同份數(shù)的白炭黑對混煉膠撕裂性能的影響進行研究，發(fā)現(xiàn)：當用高比表面積白炭黑代替低比表面積（LSA）白炭黑，并且填充份數(shù)相同時，其優(yōu)勢降低，即U7005用量是13份時，混煉膠撕裂性能還不如VN2 GR。
為模仿生熱對撕裂性能的影響，割口增長速度對應的變形幅度用指數(shù)功能表示，割口增長速度計算出確定在變形幅度22%時。確定這個點，因為它是確定測試精度和區(qū)別不同混煉膠的一個轉(zhuǎn)折點。
不同測試溫度下，填充炭黑/白炭黑兩種不同體系的混煉膠的裂縫增長速度，一種是E1900 +13份VN12 GR，另一種是E1900+9份U7500。HSA白炭黑與LSA白炭黑相比，優(yōu)勢明顯可見。
綜上所述，HSA白炭黑體系在裂縫傳播上比LSA白炭黑顯示了更多優(yōu)點，這也是這個報告所說明的。
◆硅烷偶聯(lián)劑對撕裂性能的影響
表4對加入硅烷偶聯(lián)劑Si69的炭黑/白炭黑共混體系與不加硅烷偶聯(lián)劑的炭黑/白炭黑共混體系進行了性能比較（表中2#配方和3#配方，4#配方和5#配方），發(fā)現(xiàn)加入硅烷偶聯(lián)劑Si69，混煉膠300%定伸應力明顯提高，而拉斷伸長率幾乎不變。并且硬度增加，粘彈損失得到改善，這是由于硅烷偶聯(lián)劑的作用，使白炭黑與橡膠的聯(lián)結加強。動態(tài)性能如下：生熱明顯降低，在60℃時，落球回彈性較高，
損耗因子tanδ（60℃）較低。撕裂傳播性能， Graves試驗，在100℃時，加入硅烷偶聯(lián)劑混連膠撕裂性能略有提高；沒有切口的C口型試驗，加入硅烷偶聯(lián)劑在100℃時，撕裂性能保持不變。
               
為保證獲得與白炭黑VN2 GR相同的比表面積，6#配方和7#配方的白炭黑U7005用量比4#配方和5#配方的用量小，加入相同份數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑，測得混煉膠300%定伸應力和損耗因子tanδ（60℃）略有改進，Graves試驗和沒有切口的C口型試驗，6#配方和7#配方的撕裂性能保持同一水平。試驗得出，加入硅烷偶聯(lián)劑混煉膠的撕裂性能沒有改變。由于低生熱改進了C&C性能，割口、掉塊都有明顯改善。
再來看德墨西亞屈撓測試的結果，即割口傳播試驗，結果完全不同。比較割口長度達到8～12mm時，在炭黑/白炭黑體系中加入硅烷偶聯(lián)劑的，混煉膠的撕裂性能變差。結論是，當白炭黑U7005用量9份時，輪胎的割口、掉塊、崩花都取得了最好的性能。
Graves測試和德墨西亞屈撓測試兩種試驗結果，撕裂性能相互矛盾的原因目前還不清楚�？梢约僭O，Graves測試受最大斷裂能的影響非常強，因為對于裂縫的傳播來說，它反映了最大的撕裂能。在炭黑/白炭黑共混體系中加入硅烷偶聯(lián)劑，撕裂能提高了，即拉伸強度和拉斷伸長率保持不變，而300%定伸應力提高了。另一方面，德墨西亞屈撓測試更多的研究疲勞性能，即樣品每一次彎曲引起的撕裂傳播，導致裂縫傳播的樣品彎曲。結果，作用在樣品的應力就有很大不同。事實上，兩種不同的應力都在輪胎應用中體現(xiàn)，一是輪胎滾動時，重復破壞部位的彎曲；二是轉(zhuǎn)彎時，破壞部位簡單的變形具有很高的應力。假如兩種試驗都呈現(xiàn)了積極的結果，并且有相同的趨勢，那么在輪胎上發(fā)現(xiàn)這種積極結論的概率同樣很高。
用撕裂儀測試得出的結果看出，加入硅烷偶聯(lián)劑Si69 2份后裂縫傳播速度有明顯改善。
眾所周知，由于白炭黑表面吸收了促進劑，結果靠近白炭黑表面的交聯(lián)密度減少了，致使局部產(chǎn)生了很高的拉斷伸長率，有效的避免了裂縫的傳播。由于加入硅烷偶聯(lián)劑，增加了白炭黑表面和橡膠材料的交聯(lián)，并且為白炭黑粒子搭上了橋梁。這兩個過程增加了局部交聯(lián)密度，但這對撕裂性能并不是優(yōu)點，由于加入的硅烷偶聯(lián)劑份數(shù)很小，微小的比例不能被應力-應變測試檢測出來。
結論：分析混煉膠的撕裂性能時，首先要區(qū)別是測試割口的產(chǎn)生（C口型）還是割口的傳播（Graces）。對于裂縫傳播，標準的實驗室測試用的是德墨西亞曲撓實驗和Graves測試，天然橡膠的混煉膠和乳聚丁苯膠的混煉膠在撕裂性能顯示了明顯的不同，用這兩種方法顯示了同樣的測試結果，并用這個結果去描繪割口的傳播趨勢。第一次用撕裂分析儀，通過一個膠條的動態(tài)變形，準確監(jiān)測裂縫的段面長度，從而使定量檢測裂縫傳播成為可能；炭黑/白炭黑復合體系比只加炭黑的混煉膠在裂縫傳播方面顯示了明顯的優(yōu)勢，進一步研究表明，加入比表面積大的白炭黑，如高分散白炭黑U7005代替低分散白炭黑，可以更好的改善裂縫傳播性能；特別是，使在不同溫度下測試裂縫的傳播速度，并得出混煉膠的生熱結果成為可能。并用一個給出的模型解釋了高比表面積白炭黑提高撕裂性能的原因。用德墨西亞曲撓實驗測出，在炭黑/白炭黑復合體系中加入硅烷偶聯(lián)劑，撕裂性能變差。但由于高比表面積炭黑E1900和高比表面積、高分散的白炭黑U7005的共混，使膠料在割口、掉塊和崩花方面都用明顯的改善。