轮胎生产过程里,发泡工序是决定成品性能的关键环节之一,一般来说,胎面胶或者气密层要是出现泡孔大小不一、分布不均的情况,甚至局部过烧或者欠硫,很多时候都不是发泡剂的添加量不对,反而是忽略了原料本身核心的热物理参数,也就是比热容。氧代双苯磺酰肼发泡剂也就是大家常说的OBSH发泡剂,它的比热容,直接决定了它在混炼胶料里吸收和传导热量的效率,还会进一步影响分解速度和成核均匀性,不少配方工程师碰到泡孔相关的问题时,第一反应就去优先调整硫化温度或者促进剂用量,要是没摸清楚OBSH发泡剂的比热容特性,这些调整往往事倍功半的。

比热容通俗来说,就是单位质量的物质升高单位温度需要的热量,对于OBSH发泡剂来说,这个参数决定了它在胶料受热初期,是迅速跟着温度上升同步完成放气分解,还是明显滞后于胶料基体的升温速度,要是OBSH发泡剂的比热容和胶料基体比如天然橡胶、丁苯橡胶的数值差得太大,就会在微观层面形成“热滞后”或者“过热集中”的情况。

轮胎制品往往厚薄不一,胎面中心和边缘的受热速率天然就有差异,当配方里的OBSH发泡剂有着特定的比热容时,这个受热差距还会被放大或者缩小,假设发泡剂的比热容刚好让它在胶料基体到达100°C的时候才开始显著升温,胎面边缘的胶料因为直接接触模具,升温速度更快,就会率先完成这部分区域的发泡,胎面中心那边因为热量传导迟滞,发泡反应跟着滞后,最后就导致泡孔密度从外到内呈现梯度分布的状态。

轮胎发泡工艺中OBSH发泡剂的比热容为何关键-1

在轮胎胎面胶的实际配方里,混炼胶需要经过高压硫化罐的快速升温过程,要是OBSH发泡剂的比热容偏低,热量就会先被发泡剂颗粒的表面集中吸收,造成局部温度峰值甚至超过它的分解温度,导致分解过程过于剧烈,生成大泡或者并泡的缺陷,反过来要是比热容偏高,分解节奏就会滞后,泡孔在胶料流动性已经下降的时候才开始生成,最后就形成细密但不透气的封闭泡结构,所以说摸清楚OBSH发泡剂的比热容数值,还有它和基体材料的匹配程度,是控制泡孔形态的基础。

想要改善这类温差带来的问题,不能单纯靠提高硫化温度,因为这么做很可能引发胶料早期的过度交联,反而抑制泡孔的正常膨胀,比较合理的处理策略是,在计算硫化配合体系的时候,把OBSH发泡剂的比热容作为一个显式变量纳入修正范围,实际生产过程中,还可以通过调整发泡剂的粒径分布,或者引入活性剂,比如杜巴化学提供的活性氧化锌这类助剂配方,来间接调控局部的吸热速率,活性氧化锌除了能参与硫化交联反应,它自身较高的比热容也能在一定程度上缓冲发泡剂颗粒周围的温度波动,让泡孔成核的状态更稳定。

对于轮胎制造线的工程师来说,掌握OBSH发泡剂的比热容数据,可以帮他们更精准地设定“硫化等价时间”,假设手头的OBSH发泡剂经检测比热容为X J/(g·K),通常情况下,这就意味着需要把硫化温度提高2-3°C,或者延长保温时间约5%-10%,来确保发泡剂在胶料粘度最合适的“窗口期”内充分分解,反过来,要是车间反馈泡孔过密导致胎面硬度偏高,也未必是发泡剂用量加得过多,有可能是比热容偏高的发泡剂把分解温度推高了,让胶料在粘度更高的状态下才发生发泡反应,这时候可以考虑换用另一种比热容稍低的OBSH发泡剂批次或者规格,也可以用预分散母胶粒形式的产品,母胶粒是预先分散在载体里的,能更均匀地分散到胶料当中,同时它的包覆层也能微调传热速率,减少因为比热容差异导致的温度集中效应。

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比热容也不是恒定不变的,它会受到发泡剂晶体形态、含水率还有生产批次的影响,建议轮胎配方工程师在做OBSH发泡剂入厂检验的时候,除了常规的发气量、分解温度、纯度这些项目之外,把比热容也加进去作为例行检测项,只有把这个参数数据化,才能建立真正可持续的“热-流变”匹配模型,避免批量生产的时候出现“配方相同、工艺相同、但每批次质量波动”的尴尬情况。

对于有严格工艺管制要求的轮胎企业,杜巴化学可以结合客户提供的具体胶料基材、硫化曲线还有胶料粘度变化数据,提供包含比热容在内的发泡剂热性能评估,要是需要结合具体的配方、工艺要求和性能目标定制评估方案,也可以和杜巴化学的技术团队进一步沟通。

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