橡膠工藝學-第三章

1、橡膠的補強與填充體系橡膠的補強與填充體系Chapter 3:Reinforcing and Filling System青島科技大學青島科技大學高分子科學與工程學院高分子科學與工程學院橡膠工藝學橡膠工藝學精品課程多媒體教程精品課程多媒體教程第三章第三章TelEmail: 吳明生吳明生本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容炭炭 黑黑(carbon black)白炭黑白炭黑silica填充劑填充劑filler分類分類命名命名性質(zhì)性質(zhì)參數(shù)參數(shù)結(jié)合結(jié)合橡膠橡膠對加對加工的工的影響影響對性對性能的能的影響影響一、補強與填充的概念一、補強與填充的概念第一節(jié)第一節(jié) 概述概述reinforceme

2、ntfilling二、填料（二、填料（filler）分類）分類 補強劑補強劑炭黑（炭黑（carbon black）白炭黑（白炭黑（silica）短纖維（短纖維（short fiber)有機樹脂（有機樹脂（organic resin）無機納米材料（無機納米材料（nano-filler）按作用分類按作用分類 填充劑填充劑陶土（陶土（clay）碳酸鈣碳酸鈣（calcium carbonate）滑石粉滑石粉（talcum powder）硅鋁炭黑硅鋁炭黑（silica-alumina carbon black）高嶺土（高嶺土（kaolin） reinforcing agentfilling agent有

3、機填料有機填料炭黑、短纖維、木質(zhì)素、炭黑、短纖維、木質(zhì)素、果殼粉、膠粉等果殼粉、膠粉等按性質(zhì)分類按性質(zhì)分類無機填料無機填料白炭黑、陶土、碳酸鈣、高白炭黑、陶土、碳酸鈣、高嶺土、硅鋁炭黑等嶺土、硅鋁炭黑等纖維狀纖維狀短纖維、石棉、碳纖維短纖維、石棉、碳纖維顆粒狀顆粒狀炭黑、白炭黑、無機填料炭黑、白炭黑、無機填料按形態(tài)分類按形態(tài)分類三橡膠補強與填充的歷史與發(fā)展三橡膠補強與填充的歷史與發(fā)展我國發(fā)明炭黑已有千余年歷史，故稱我國發(fā)明炭黑已有千余年歷史，故稱“燈煙燈煙”或或“烴燈烴燈”但均但均是作坊式生產(chǎn)，未形成規(guī)模。是作坊式生產(chǎn)，未形成規(guī)模。1864年美國用中國古老的工藝方法生產(chǎn)炭黑，并于年美國用中國古

4、老的工藝方法生產(chǎn)炭黑，并于1872年實現(xiàn)年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)，“炭黑炭黑”（carbon black）一詞出現(xiàn)并廣泛應用。）一詞出現(xiàn)并廣泛應用。1892年發(fā)明槽法年發(fā)明槽法CB，直至二戰(zhàn)期間占，直至二戰(zhàn)期間占“統(tǒng)治統(tǒng)治”地位。地位。1904年發(fā)現(xiàn)炭黑對橡膠有補強作用。年發(fā)現(xiàn)炭黑對橡膠有補強作用。1944年發(fā)明高耐磨爐黑，從此打破槽黑一統(tǒng)天下的局面，年發(fā)明高耐磨爐黑，從此打破槽黑一統(tǒng)天下的局面，50年年代末中超耐磨爐黑工業(yè)化生產(chǎn)。代末中超耐磨爐黑工業(yè)化生產(chǎn)。1960年出現(xiàn)低結(jié)構(gòu)爐黑，爐黑代替槽黑成為現(xiàn)實，槽黑因效率年出現(xiàn)低結(jié)構(gòu)爐黑，爐黑代替槽黑成為現(xiàn)實，槽黑因效率低，生產(chǎn)成本高且污染環(huán)境

5、，又因槽黑有遲緩硫化的作用，故低，生產(chǎn)成本高且污染環(huán)境，又因槽黑有遲緩硫化的作用，故在輪胎生產(chǎn)中已基本淘汰。在輪胎生產(chǎn)中已基本淘汰。1971年開始生產(chǎn)新工藝炭黑，從此炭黑的質(zhì)量得以控制。年開始生產(chǎn)新工藝炭黑，從此炭黑的質(zhì)量得以控制。上世紀上世紀90年代初低滯后（滾動阻力）炭黑開始盛行。年代初低滯后（滾動阻力）炭黑開始盛行。2009年世界各國炭黑產(chǎn)能：年世界各國炭黑產(chǎn)能：國家或地區(qū)國家或地區(qū) 年產(chǎn)能年產(chǎn)能/萬噸萬噸 中國中國 430 美國美國 208 日本日本 75.5 俄羅斯俄羅斯 73.7 印度印度 69.1 韓國韓國 57.0 巴西巴西 46.5 泰國泰國 37.9 德國德國 32.2 法

6、國法國 26.4消費：消費：275.93萬噸萬噸09年中國炭黑產(chǎn)銷情況：年中國炭黑產(chǎn)銷情況：產(chǎn)量：產(chǎn)量：283萬噸萬噸進口：進口：8.9萬噸萬噸出口：出口：16.2萬噸萬噸09年世界炭黑總需求年世界炭黑總需求： 需求量：需求量：977.4萬噸萬噸 年增長：年增長：4.2%70%炭黑用于輪胎，炭黑用于輪胎，20%用于橡膠制品，用于橡膠制品，10%用于油墨、著色劑用于油墨、著色劑世界知名炭黑生產(chǎn)企業(yè)：世界知名炭黑生產(chǎn)企業(yè)：（1）美國卡博特公司）美國卡博特公司 世界最大的炭黑生產(chǎn)商，在世界最大的炭黑生產(chǎn)商，在18個國家擁有個國家擁有25家炭黑工家炭黑工廠，年總產(chǎn)能約為廠，年總產(chǎn)能約為208萬萬t，占

7、全球總產(chǎn)量的，占全球總產(chǎn)量的21.8%，位居，位居世界首位。世界首位。 在中國有上海卡博特、天津卡博特，產(chǎn)能達到在中國有上?？ú┨亍⑻旖蚩ú┨?，產(chǎn)能達到33萬噸萬噸/年。年。2002年研發(fā)經(jīng)費高達年研發(fā)經(jīng)費高達8300萬美元，相當于稅萬美元，相當于稅前所得的前所得的31% 。（2）德國德固賽集團）德國德固賽集團 在全球擁有在全球擁有19家炭黑工廠，合計產(chǎn)能約為家炭黑工廠，合計產(chǎn)能約為145萬萬t，占，占世界總產(chǎn)能的世界總產(chǎn)能的17.5%，是世界第二大跨國炭黑公司。國內(nèi)，是世界第二大跨國炭黑公司。國內(nèi)工廠在青島膠州，產(chǎn)能達到工廠在青島膠州，產(chǎn)能達到10萬噸萬噸/年。年。 （3）美國哥倫比亞（科倫

8、比恩）公司）美國哥倫比亞（科倫比恩）公司 世界第三大炭黑公司，全球擁有世界第三大炭黑公司，全球擁有12家炭黑工廠，合計產(chǎn)家炭黑工廠，合計產(chǎn)能約能約106.2萬噸。國內(nèi)工廠在濰坊。萬噸。國內(nèi)工廠在濰坊。（4）臺灣中橡公司）臺灣中橡公司 世界第四大炭黑生產(chǎn)企業(yè)，合計產(chǎn)能在世界第四大炭黑生產(chǎn)企業(yè)，合計產(chǎn)能在80萬噸以上。萬噸以上。大陸工廠設在安徽馬鞍山，產(chǎn)能在大陸工廠設在安徽馬鞍山，產(chǎn)能在20萬噸左右。萬噸左右。（5）印度博拉集團公司）印度博拉集團公司 世界第世界第5位炭黑生產(chǎn)商。位炭黑生產(chǎn)商。2005年產(chǎn)能年產(chǎn)能63萬噸。目前，該萬噸。目前，該集團擁有集團擁有5家炭黑工廠，分別設在泰國、印度（家炭

9、黑工廠，分別設在泰國、印度（2家）、埃家）、埃及和中國。中國公司在遼寧，產(chǎn)能及和中國。中國公司在遼寧，產(chǎn)能10萬噸。萬噸。 （6）日本東海炭株式會社）日本東海炭株式會社 2005年的生產(chǎn)能力為年的生產(chǎn)能力為30.2萬萬t ，中國的工廠設在天津，中國的工廠設在天津，產(chǎn)能產(chǎn)能4萬萬t 。 其他如美國大陸炭公司、印度塞卡公司、中國黑貓公司、其他如美國大陸炭公司、印度塞卡公司、中國黑貓公司、韓國韓國DC化學公司等。化學公司等。2009年國內(nèi)炭黑主要生產(chǎn)企業(yè)：年國內(nèi)炭黑主要生產(chǎn)企業(yè)：序號序號 公司名稱公司名稱 產(chǎn)量產(chǎn)量/萬噸萬噸 1 黑貓?zhí)亢诠竞谪執(zhí)亢诠?32.82 2 卡博特炭黑公司卡博特炭黑公司

10、 32.0 3 河北龍星化工公司河北龍星化工公司 18.28 4 蘇州寶化炭黑公司蘇州寶化炭黑公司 14.76 5 華東橡膠材料公司華東橡膠材料公司 13.63 6 臺灣中橡公司臺灣中橡公司 12.89 7 石家莊新星化炭公司石家莊新星化炭公司 9.49 8 大石橋遼濱炭黑公司大石橋遼濱炭黑公司 8.40 9 河北大光明巨無霸河北大光明巨無霸 7.99 10 山西永東化工公司山西永東化工公司 6.79 11 青島贏創(chuàng)（德固薩）青島贏創(chuàng)（德固薩） 6.70 12 青州博奧炭黑公司青州博奧炭黑公司 6.38 13 山東貝斯特化工公司山東貝斯特化工公司 6.132010年產(chǎn)能超過年產(chǎn)能超過70萬噸萬

11、噸山東金獅炭黑山東金獅炭黑2011年產(chǎn)能年產(chǎn)能達到達到15萬噸。萬噸。一、炭黑（一、炭黑（carbon black）的定義）的定義第二節(jié)第二節(jié) 炭黑的分類和命名炭黑的分類和命名炭黑粒子的炭黑粒子的SEMSEM照片照片二、炭黑的生產(chǎn)工藝方法二、炭黑的生產(chǎn)工藝方法工藝方法工藝方法不完全燃燒法不完全燃燒法熱裂解法熱裂解法爐法爐法噴霧法噴霧法燈煙法燈煙法槽法槽法輥筒法輥筒法混氣法混氣法熱裂法熱裂法乙炔法乙炔法等離子體法等離子體法涂料著色劑涂料著色劑油漆和油墨用色素油漆和油墨用色素炭黑炭黑 干電池生產(chǎn)干電池生產(chǎn) 橡膠用橡膠用橡膠用橡膠用生產(chǎn)炭黑的原料：生產(chǎn)炭黑的原料：（1）乙烯焦油）乙烯焦油（2）蒽油）

12、蒽油（3）煤焦油）煤焦油（4）高爐煤氣）高爐煤氣（5）天然氣）天然氣（6）炭黑油）炭黑油橡膠用炭黑主要生產(chǎn)工藝方法：橡膠用炭黑主要生產(chǎn)工藝方法： 爐法是在反應爐內(nèi)，原料烴（液態(tài)烴、氣態(tài)烴或其混合物）爐法是在反應爐內(nèi)，原料烴（液態(tài)烴、氣態(tài)烴或其混合物）與適量空氣形成密閉湍流系統(tǒng)，通過部分原料烴與空氣燃燒產(chǎn)與適量空氣形成密閉湍流系統(tǒng)，通過部分原料烴與空氣燃燒產(chǎn)生高溫使另一部分原料烴裂解生成炭黑，然后將懸浮在煙氣中生高溫使另一部分原料烴裂解生成炭黑，然后將懸浮在煙氣中的炭黑冷卻、過濾、收集、造粒成成品炭黑的方法。的炭黑冷卻、過濾、收集、造粒成成品炭黑的方法。 1、爐法、爐法爐法爐法氣爐法氣爐法油爐法

13、油爐法軟質(zhì)炭黑軟質(zhì)炭黑硬質(zhì)炭黑硬質(zhì)炭黑爐法炭黑生產(chǎn)線爐法炭黑生產(chǎn)線 噴霧法的原料油是從反應爐的上游端用機械霧化噴嘴噴噴霧法的原料油是從反應爐的上游端用機械霧化噴嘴噴入的，這種制造方法由前蘇聯(lián)開發(fā)。噴霧炭黑具有粒子大、入的，這種制造方法由前蘇聯(lián)開發(fā)。噴霧炭黑具有粒子大、結(jié)構(gòu)極高、填充膠料強度中等和永久變形很小的特點，特別結(jié)構(gòu)極高、填充膠料強度中等和永久變形很小的特點，特別適用于橡膠密封制品。目前我國噴霧炭黑年產(chǎn)量為幾千噸。適用于橡膠密封制品。目前我國噴霧炭黑年產(chǎn)量為幾千噸。 2、 噴霧法噴霧法 槽法是在自然通風的火房內(nèi)，天然氣或煤層氣通過數(shù)以槽法是在自然通風的火房內(nèi)，天然氣或煤層氣通過數(shù)以千計的

14、瓷質(zhì)火嘴與空氣進行不完全燃燒而形成魚尾形擴散火千計的瓷質(zhì)火嘴與空氣進行不完全燃燒而形成魚尾形擴散火焰，通過火焰還原層與緩慢往復運動的槽鋼接觸使裂解生成焰，通過火焰還原層與緩慢往復運動的槽鋼接觸使裂解生成的炭黑沉積在槽鋼表面，然后由漏斗上的刮刀將炭黑刮入漏的炭黑沉積在槽鋼表面，然后由漏斗上的刮刀將炭黑刮入漏斗內(nèi)，經(jīng)螺旋輸送器輸出、造粒而制成成品炭黑的方法。槽斗內(nèi)，經(jīng)螺旋輸送器輸出、造粒而制成成品炭黑的方法。槽法炭黑是法炭黑是唯一可用于與食品接觸的橡膠用炭黑唯一可用于與食品接觸的橡膠用炭黑品種品種 3. 槽法槽法 熱裂法是一種不連續(xù)的炭黑制造方法，每條生產(chǎn)線設置熱裂法是一種不連續(xù)的炭黑制造方法，每

15、條生產(chǎn)線設置2個內(nèi)襯耐火材料的反應爐。生產(chǎn)時，先在一個反應爐內(nèi)通入個內(nèi)襯耐火材料的反應爐。生產(chǎn)時，先在一個反應爐內(nèi)通入天然氣和空氣并燃燒，待反應爐達到一定溫度后停止通入空天然氣和空氣并燃燒，待反應爐達到一定溫度后停止通入空氣，使天然氣在隔絕空氣的條件下熱裂解生成炭黑。在該反氣，使天然氣在隔絕空氣的條件下熱裂解生成炭黑。在該反應爐進行裂解反應時另一個反應爐開始燃燒。每個反應爐均應爐進行裂解反應時另一個反應爐開始燃燒。每個反應爐均在完成裂解反應且溫度降到一定程度后再燃燒加熱，如此循在完成裂解反應且溫度降到一定程度后再燃燒加熱，如此循環(huán)生產(chǎn)。生產(chǎn)出的炭黑與煙氣一起冷卻，然后將收集到的炭環(huán)生產(chǎn)。生產(chǎn)出

16、的炭黑與煙氣一起冷卻，然后將收集到的炭黑進行造粒處理。黑進行造粒處理。 熱裂法炭黑熱裂法炭黑粒子最大、結(jié)構(gòu)最低粒子最大、結(jié)構(gòu)最低。膠料強伸性能較低，。膠料強伸性能較低，但彈性高、硬度和生熱低、電導率小，填充量大，適用于軌但彈性高、硬度和生熱低、電導率小，填充量大，適用于軌枕墊等要求彈性高、生熱低和絕緣性能好的橡膠制品。枕墊等要求彈性高、生熱低和絕緣性能好的橡膠制品。4. 熱裂法熱裂法 等離子體法是用等離子體發(fā)生器加熱反應爐，使其達到等離子體法是用等離子體發(fā)生器加熱反應爐，使其達到極高溫度來裂解原料烴（氣態(tài)烴、液態(tài)烴或固態(tài)烴）以連續(xù)極高溫度來裂解原料烴（氣態(tài)烴、液態(tài)烴或固態(tài)烴）以連續(xù)生產(chǎn)炭黑的方

17、法。產(chǎn)品性質(zhì)與常規(guī)方法相差較大，此法尚處生產(chǎn)炭黑的方法。產(chǎn)品性質(zhì)與常規(guī)方法相差較大，此法尚處于研發(fā)階段。于研發(fā)階段。 5.等離子體法等離子體法不用加熱反應爐，原料烴的利用率高，對芳烴含量不高的油也適用。不用加熱反應爐，原料烴的利用率高，對芳烴含量不高的油也適用。裂解產(chǎn)生的氫氣可作化工原料或汽車清潔燃料。裂解產(chǎn)生的氫氣可作化工原料或汽車清潔燃料。不產(chǎn)生和排放不產(chǎn)生和排放CO、CO2、SO2、NO和和NO2等有害廢氣，環(huán)保。等有害廢氣，環(huán)保。尾氣少，可以降低炭黑收集系統(tǒng)的投資和運轉(zhuǎn)費用。尾氣少，可以降低炭黑收集系統(tǒng)的投資和運轉(zhuǎn)費用。反應爐可達到的溫度高且范圍寬，有利于產(chǎn)品的多樣化。反應爐可達到的溫

18、度高且范圍寬，有利于產(chǎn)品的多樣化。 該法具有以下優(yōu)點：該法具有以下優(yōu)點： 三、炭黑的分類與命名三、炭黑的分類與命名1、按制造方法分類、按制造方法分類炭黑炭黑不完全燃燒法炭黑不完全燃燒法炭黑熱裂解法炭黑熱裂解法炭黑油爐法炭黑油爐法炭黑氣爐法炭黑氣爐法炭黑燈煙法炭黑燈煙法炭黑噴霧法炭黑噴霧法炭黑槽法炭黑槽法炭黑滾筒法炭黑滾筒法炭黑混氣法炭黑混氣法炭黑熱裂法炭黑熱裂法炭黑乙炔法炭黑乙炔法炭黑等離子體法炭黑等離子體法炭黑（占（占97%以上以上 ）（占（占95%以上以上 ）2、按用途分類、按用途分類炭黑炭黑橡膠用炭黑橡膠用炭黑染色炭黑染色炭黑導電炭黑導電炭黑油爐法炭黑油爐法炭黑氣爐法炭黑氣爐法炭黑噴霧法

19、炭黑噴霧法炭黑槽法炭黑槽法炭黑熱裂法炭黑熱裂法炭黑等離子體法炭黑等離子體法炭黑燈煙法炭黑燈煙法炭黑滾筒法炭黑滾筒法炭黑混氣法炭黑混氣法炭黑乙炔法炭黑乙炔法炭黑特高結(jié)構(gòu)爐黑特高結(jié)構(gòu)爐黑3、按填充膠料性能分類、按填充膠料性能分類炭黑炭黑硬質(zhì)炭黑硬質(zhì)炭黑軟質(zhì)炭黑軟質(zhì)炭黑超耐磨炭黑（超耐磨炭黑（SAF）中超耐磨炭黑（中超耐磨炭黑（ISAF）高耐磨炭黑（高耐磨炭黑（HAF）(以以補強為主補強為主) 細粒子爐黑（細粒子爐黑（FF）通用炭黑（通用炭黑（GPF）半補強炭黑（半補強炭黑（SRF）噴霧炭黑噴霧炭黑熱裂法炭黑（熱裂法炭黑（FT、MT）(以以填充為主填充為主) 4、按結(jié)構(gòu)度分類、按結(jié)構(gòu)度分類炭黑炭黑高

20、結(jié)構(gòu)炭黑（高結(jié)構(gòu)炭黑（N134、N234、N347、N472、N550等）等）正常結(jié)構(gòu)炭黑（正常結(jié)構(gòu)炭黑（N110、N220、N330、N660等）等）低結(jié)構(gòu)炭黑（低結(jié)構(gòu)炭黑（N219、N326等）等）5、按、按ASTM標準分類標準分類硫化速度快慢硫化速度快慢粒徑平均范圍級別粒徑平均范圍級別炭黑的牌號炭黑的牌號N或或S09任一數(shù)字任一數(shù)字任意兩位數(shù)任意兩位數(shù)N正常硫化速度正常硫化速度S慢速硫化速度慢速硫化速度反映粒徑大小反映粒徑大小例：例：N330正常硫化速度正常硫化速度平均粒徑為平均粒徑為3系列：系列：2630nm牌號，牌號，3系列的正常結(jié)構(gòu)炭黑系列的正常結(jié)構(gòu)炭黑數(shù)字越小，粒徑越小數(shù)字越小，

21、粒徑越小按按ASTMASTM標準分類標準分類ASTM系列系列粒徑范圍粒徑范圍nm典型炭黑品種典型炭黑品種ASTM名稱名稱英文縮寫英文縮寫中文名稱中文名稱110N1001119N110、N115、N121、N134SAF超耐磨爐黑超耐磨爐黑N2002025N219、N220、N234、N292、N293、N294ISAF中超耐磨爐黑中超耐磨爐黑N3002630N326、 N330、N347、N375HAF高耐磨爐黑高耐磨爐黑N4003139N472XCF特導電爐黑特導電爐黑N5004048N539、N550FEF快壓出爐黑快壓出爐黑N6004960N660GPF通用爐黑通用爐黑N70061100

22、N765、N774SRF半補強爐黑半補強爐黑N800101200N880FT細粒子熱裂法炭黑細粒子熱裂法炭黑N900201500N990MT中粒子熱裂法炭黑中粒子熱裂法炭黑S2002025S212ISAF-LS-SC代槽爐黑代槽爐黑S3002630S315HAF-LS-SC代槽爐黑代槽爐黑第三節(jié)第三節(jié) 炭黑的性質(zhì)及技術(shù)指標炭黑的性質(zhì)及技術(shù)指標 炭黑的粒徑是指單顆炭黑粒子或聚集體中原生粒子的炭黑的粒徑是指單顆炭黑粒子或聚集體中原生粒子的平均粒徑大小，單位常為平均粒徑大小，單位常為nmnm。炭黑工業(yè)常用的平均粒徑有。炭黑工業(yè)常用的平均粒徑有算術(shù)平均粒徑算術(shù)平均粒徑和和表面平均粒徑表面平均粒徑兩種。

23、兩種。一、炭黑的粒徑（一、炭黑的粒徑（particle diameter）或比）或比表面積（表面積（area ratio）1炭黑的粒徑及分布炭黑的粒徑及分布ihiiihiinfdfdNd1=*1=1=2*3*iiiiSdfdfd表面平均直徑表面平均直徑（area average particle diameter）算術(shù)平均直徑（算術(shù)平均直徑（arithmetic average particle diameter）粒徑分布粒徑分布（distribution of particle size）炭黑的粒徑分布（炭黑的粒徑分布（distribution of particle size）曲線）曲線2

24、 2、炭黑的比表面積及表面粗糙度、炭黑的比表面積及表面粗糙度area ratio炭黑比表面積的測定方法主要有：炭黑比表面積的測定方法主要有：（1）電子顯微鏡法（）電子顯微鏡法（SE）（2）BET法（低溫氮吸附法，法（低溫氮吸附法，SN）（3）碘吸附法（在碘）碘吸附法（在碘碘化鉀溶測中炭黑吸附碘的能力）碘化鉀溶測中炭黑吸附碘的能力）（4） CTAB大分子吸附法（十六烷基三甲基溴化銨）大分子吸附法（十六烷基三甲基溴化銨）比表面積為炭黑必檢項目，若不合格可退貨。比表面積為炭黑必檢項目，若不合格可退貨。degree of anchor或者：或者： CTAB法與碘吸附法測得的比表面積的差值法與碘吸附法測

25、得的比表面積的差值 表面粗糙度高的炭黑含氧基團多，多呈酸性，能遲延表面粗糙度高的炭黑含氧基團多，多呈酸性，能遲延硫化速度，增加吸水性，降低補強效果硫化速度，增加吸水性，降低補強效果。二、炭黑的結(jié)構(gòu)度二、炭黑的結(jié)構(gòu)度(structural degree) 1 1炭黑的微觀結(jié)構(gòu)炭黑的微觀結(jié)構(gòu)炭黑微晶結(jié)構(gòu)炭黑微晶結(jié)構(gòu)炭黑原生粒子結(jié)構(gòu)示意圖炭黑原生粒子結(jié)構(gòu)示意圖（同心取向準石墨結(jié)構(gòu)）（同心取向準石墨結(jié)構(gòu)）（一）炭黑的結(jié)構(gòu)（一）炭黑的結(jié)構(gòu)將炭黑在沒有氧的情況下加熱到將炭黑在沒有氧的情況下加熱到10001000以上，則炭黑微以上，則炭黑微晶尺寸會逐漸增加，而層面距離則減小，即提高了微晶結(jié)構(gòu)晶尺寸會逐漸增加

26、，而層面距離則減小，即提高了微晶結(jié)構(gòu)的規(guī)整性。當溫度升高至的規(guī)整性。當溫度升高至27002700時，炭黑則轉(zhuǎn)變成石墨。時，炭黑則轉(zhuǎn)變成石墨。烴裂解出的碳元子通過碰撞等作用形成正六邊形的碳烴裂解出的碳元子通過碰撞等作用形成正六邊形的碳核，碳核繼續(xù)增長形成層面，核，碳核繼續(xù)增長形成層面， 35個層面平行等距排列個層面平行等距排列組成一個微晶體。炭黑的微晶結(jié)構(gòu)屬于石墨晶類型，石墨組成一個微晶體。炭黑的微晶結(jié)構(gòu)屬于石墨晶類型，石墨晶格中碳原子有很小的對稱結(jié)構(gòu)。炭黑是準石墨晶體，不晶格中碳原子有很小的對稱結(jié)構(gòu)。炭黑是準石墨晶體，不象石墨晶體那樣整齊排列，且晶體中平行層面間距稍大于象石墨晶體那樣整齊排列，

27、且晶體中平行層面間距稍大于石墨晶體，層面間距石墨晶體，層面間距C為為7.0左右（石墨晶體的左右（石墨晶體的C為為6.70，C值是兩倍層面間距）。上千個微晶以同心圓的方式定向值是兩倍層面間距）。上千個微晶以同心圓的方式定向排列，形成同心取向準石墨結(jié)構(gòu)的炭黑原生粒子。排列，形成同心取向準石墨結(jié)構(gòu)的炭黑原生粒子。即炭黑聚集體（即炭黑聚集體（aggregate），又稱為基本聚熔體或原），又稱為基本聚熔體或原生結(jié)構(gòu)，它是炭黑的最小結(jié)構(gòu)單元。形狀類似生結(jié)構(gòu)，它是炭黑的最小結(jié)構(gòu)單元。形狀類似葡萄串葡萄串。 這種結(jié)構(gòu)在橡膠的混煉及加工過程中，除小部分外，大這種結(jié)構(gòu)在橡膠的混煉及加工過程中，除小部分外，大部分被

28、保留，所以可視其為在橡膠中最小的分散單位，所部分被保留，所以可視其為在橡膠中最小的分散單位，所以又稱為炭黑的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。以又稱為炭黑的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。2 2、炭黑的一次結(jié)構(gòu)、炭黑的一次結(jié)構(gòu)炭黑聚集體（一次結(jié)構(gòu)）示意圖炭黑聚集體（一次結(jié)構(gòu)）示意圖炭黑的二次結(jié)構(gòu)又稱炭黑的二次結(jié)構(gòu)又稱為附聚體、凝聚體或次生為附聚體、凝聚體或次生結(jié)構(gòu)，它是炭黑聚集體間結(jié)構(gòu)，它是炭黑聚集體間以范德華力相互聚集形成以范德華力相互聚集形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不太牢固，在與橡膠混構(gòu)不太牢固，在與橡膠混煉時易被碾壓粉碎成為聚煉時易被碾壓粉碎成為聚集體。集體。3 3、炭黑的二次結(jié)構(gòu)、炭黑的二次結(jié)構(gòu)炭黑附聚體示意

29、圖炭黑附聚體示意圖（二）炭黑結(jié)構(gòu)度及其測定方法（二）炭黑結(jié)構(gòu)度及其測定方法 炭黑結(jié)構(gòu)度是指炭黑結(jié)構(gòu)度是指炭黑聚集體表面鏈枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達程炭黑聚集體表面鏈枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達程度度，鏈枝數(shù)量多而長，結(jié)構(gòu)度越高。結(jié)構(gòu)度對硫化膠的許，鏈枝數(shù)量多而長，結(jié)構(gòu)度越高。結(jié)構(gòu)度對硫化膠的許多性能都有影響，尤其是對定伸應力、硬度、導電性有重多性能都有影響，尤其是對定伸應力、硬度、導電性有重要影響，是炭黑對橡膠補強的三要素之一。要影響，是炭黑對橡膠補強的三要素之一。 炭黑結(jié)構(gòu)度用聚集體表面的空隙體積大小來反映，通炭黑結(jié)構(gòu)度用聚集體表面的空隙體積大小來反映，通常用常用DBP吸油值吸油值（oil-absorption nu

30、mber）法測定炭黑）法測定炭黑的結(jié)構(gòu)度。吸油值也是炭黑必檢項目，不符合要求用戶可的結(jié)構(gòu)度。吸油值也是炭黑必檢項目，不符合要求用戶可退貨。退貨。判定標準：判定標準：DBP吸油值吸油值120cm3/100g炭黑炭黑 高結(jié)構(gòu)炭黑高結(jié)構(gòu)炭黑DBP吸油值在吸油值在80120cm3/100g炭黑炭黑 正常結(jié)構(gòu)炭黑正常結(jié)構(gòu)炭黑DBP吸油值吸油值80cm3/100g炭黑炭黑 低結(jié)構(gòu)炭黑低結(jié)構(gòu)炭黑炭黑結(jié)構(gòu)度的測定方法：炭黑結(jié)構(gòu)度的測定方法：測定方法測定方法視比容法（壓縮法）視比容法（壓縮法）DBP吸油值法吸油值法壓縮樣壓縮樣DBP吸油值法吸油值法品種品種粒徑（粒徑（nmnm）吸碘值（吸碘值（mg/gmg/g）

31、吸油值（吸油值（ml/100gml/100g）N115N115111119191601608 8（6 6）1131136 6（4 4）N121N121111119191211215 5（3.53.5）1321326 6（4 4）N234N234202025251201206 6（4 4）1251256 6（4 4）N326N3262626303080805 5（3.53.5）72725 5（3.53.5）N339N3392626303090905 5（3 3）1201206 6（4 4）N375N3752626303090905 5（3 3）1141145 5（3.53.5）N550N5504

32、040484843435 5（3.53.5）1211215 5（3.53.5）N660N6604949606036365 5（3.53.5）90905 5（3.53.5）N774N774616110010028285 51051055 5常用炭黑的吸碘值、吸油值常用炭黑的吸碘值、吸油值 三、炭黑的表面性質(zhì)三、炭黑的表面性質(zhì)1炭黑的化學組成炭黑的化學組成元素組成元素組成碳元素：碳元素： 9099%氧元素：少量，炭黑被空氣氧化氧元素：少量，炭黑被空氣氧化氫元素：少量，烴類不完全裂解的殘留氫元素：少量，烴類不完全裂解的殘留氮元素：少量，原料殘留氮元素：少量，原料殘留硫元素：原料油殘留硫元素：原料油殘

33、留炭黑成分炭黑成分碳碳揮發(fā)分：揮發(fā)分： （吸附的（吸附的H2、CO、CO2、未裂解完全的烴未裂解完全的烴）灰分：無機鹽，來自于原料、設備腐蝕及冷卻水灰分：無機鹽，來自于原料、設備腐蝕及冷卻水吸附水：含氧基團的吸附吸附水：含氧基團的吸附揮發(fā)分揮發(fā)分(volatile matter)：揮發(fā)分是將炭黑在隔離空氣的揮發(fā)分是將炭黑在隔離空氣的條件下高溫加熱，大部分炭黑能放出條件下高溫加熱，大部分炭黑能放出H2,CO,CO2等氣體，這等氣體，這便是揮發(fā)分。氧含量高時揮發(fā)分含量高，便是揮發(fā)分。氧含量高時揮發(fā)分含量高，揮發(fā)分含量過高時揮發(fā)分含量過高時（如槽法炭黑）會遲延硫化（如槽法炭黑）會遲延硫化。水分水分(

34、water content)：105下加熱減量即為水分含量。下加熱減量即為水分含量。 炭黑的水分含量與周圍環(huán)境的溫度，濕度有關，與炭黑炭黑的水分含量與周圍環(huán)境的溫度，濕度有關，與炭黑的比表面積，孔隙度，氧含量等有關。在標準氣壓下氧含量的比表面積，孔隙度，氧含量等有關。在標準氣壓下氧含量高的炭黑其水分含量亦高。應用水分含量過大的炭黑，高的炭黑其水分含量亦高。應用水分含量過大的炭黑，混煉混煉時間長（剪切力降低）擠出易起海綿，硫化膠會產(chǎn)生氣泡時間長（剪切力降低）擠出易起海綿，硫化膠會產(chǎn)生氣泡?；曳只曳?ash)：炭黑的灰分主要來源于炭黑的灰分主要來源于原料原料所含的灰分、所含的灰分、設備設備銹蝕銹蝕

35、，急冷水急冷水所含的鹽分和其它固體殘渣。炭黑的灰分一般所含的鹽分和其它固體殘渣。炭黑的灰分一般不會引起硫化膠性能的改變不會引起硫化膠性能的改變，但但灰分中若含灰分中若含Cu,Mn,Fe及其及其化合物（變價金屬離子及其鹽分）時會化合物（變價金屬離子及其鹽分）時會影響影響硫化膠的硫化膠的耐老化耐老化性能性能。 550下灼燒。下灼燒。炭黑表面上有自由基、氫、羥基、羧基、內(nèi)酯基、醌炭黑表面上有自由基、氫、羥基、羧基、內(nèi)酯基、醌基，見下圖。這些基團估計主要在層面的邊緣?；?，見下圖。這些基團估計主要在層面的邊緣。2、炭黑的表面基團、炭黑的表面基團(surface active group)H2OOHCOO

36、HOCOCOOHOH酸性酸性 弱酸性弱酸性 水解后呈酸性水解后呈酸性表征炭黑的表面活性表征炭黑的表面活性炭黑的表面活性是炭黑對橡膠補強的主要因素。炭黑的表面活性是炭黑對橡膠補強的主要因素。surface activity四、炭黑的酸堿性四、炭黑的酸堿性炭黑本身顯弱酸性，但由于生產(chǎn)方法（冷卻方法）炭黑本身顯弱酸性，但由于生產(chǎn)方法（冷卻方法）不同，使炭黑的弱酸性發(fā)生改變。不同，使炭黑的弱酸性發(fā)生改變。 槽法炭黑由于表面含氧基團多，采用自然冷卻，顯槽法炭黑由于表面含氧基團多，采用自然冷卻，顯酸性，酸性，pHpH值值2.95.5 。 爐法炭黑含氧基團少，由于采用水冷，帶入堿性物爐法炭黑含氧基團少，由于

37、采用水冷，帶入堿性物質(zhì)使炭黑顯弱堿性，質(zhì)使炭黑顯弱堿性， pHpH值值710 。 炭黑酸堿性炭黑酸堿性對膠料硫化速度對膠料硫化速度有重要影響，酸性炭黑有重要影響，酸性炭黑硫化速度偏慢，堿性炭黑硫化速度較快。硫化速度偏慢，堿性炭黑硫化速度較快。五、炭黑的光學性質(zhì)五、炭黑的光學性質(zhì)著色強度著色強度炭黑的光學性質(zhì)用炭黑的光學性質(zhì)用著色強度著色強度反映，用黑度、黑度計值、反映，用黑度、黑度計值、著色強度和色相等表示。炭黑的著色強度是炭黑著色強度和色相等表示。炭黑的著色強度是炭黑粒徑，結(jié)粒徑，結(jié)構(gòu)性，表面化學性質(zhì)，炭黑粒子的分布構(gòu)性，表面化學性質(zhì)，炭黑粒子的分布及及在膠料中的分散在膠料中的分散性能性能的

38、綜合反映。試驗證明：的綜合反映。試驗證明：炭黑粒徑炭黑粒徑增增大大，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)提提高高，著色強度下降著色強度下降；粒子表面；粒子表面氫原子含量增多氫原子含量增多或或羧基含量較高羧基含量較高時，著色強度明顯時，著色強度明顯增加增加；炭黑的；炭黑的分散性好分散性好，著色強度高著色強度高。 著色強度試驗是與標準炭黑（著色強度試驗是與標準炭黑（IBR3IBR3）比較吸光值比較吸光值（黑（黑度）。炭黑（輪胎生產(chǎn)常用度）。炭黑（輪胎生產(chǎn)常用CBCB）的著色強度一般在）的著色強度一般在110110130%130%。 六、炭黑的密度六、炭黑的密度炭黑密度炭黑密度真密度真密度視密度（傾注密度）視密度（傾注密度）X

39、射線衍射法：射線衍射法：2.042.11 g/cm3氦置換法：氦置換法： 1.842.06 g/cm3混煉法混煉法 ：1.801.86 g/cm3粉狀：粉狀：0.030.048 g/cm3造粒：造粒：0.30.5 g/cm3粒徑小、結(jié)構(gòu)高的炭黑傾注密度小。粒徑小、結(jié)構(gòu)高的炭黑傾注密度小。 炭黑粉狀物含量是細檢項目之一，是一項重要指標，炭黑粉狀物含量是細檢項目之一，是一項重要指標，應引起重視。但人們只重視炭黑入庫時粉狀物含量的測試，應引起重視。但人們只重視炭黑入庫時粉狀物含量的測試，卻往往忽視炭黑在輸送稱量投料過程中粉狀物含量的變化。卻往往忽視炭黑在輸送稱量投料過程中粉狀物含量的變化。 炭黑粉末

40、物含量過高，不僅會造成炭黑粉末物含量過高，不僅會造成“飛揚飛揚”污染環(huán)境污染環(huán)境，且易在輸送，稱量，投料過程中且易在輸送，稱量，投料過程中堵塞管道堵塞管道，料斗起拱，稱，料斗起拱，稱量不準，更重要的是微細粉末不是在剪切作用下，被橡膠量不準，更重要的是微細粉末不是在剪切作用下，被橡膠包容均勻分散，而是形成許多包容均勻分散，而是形成許多“碳黑色碳黑色”致使分散不均，致使分散不均，性能下降。性能下降。 七、炭黑粉狀物含量七、炭黑粉狀物含量 炭黑中的篩余物是指不能一定孔徑篩網(wǎng)的硬炭黑中的篩余物是指不能一定孔徑篩網(wǎng)的硬粒雜質(zhì)（粒雜質(zhì)（G.B）原用）原用150um篩相當于篩相當于100目，目，ASTM標準

41、用標準用45um篩，相當于篩，相當于330360目）不目）不能通過能通過150um篩的篩余物的篩的篩余物的7080%通常是呈片通常是呈片狀，球狀和碎石油焦狀的焦粒，習慣稱為狀，球狀和碎石油焦狀的焦粒，習慣稱為“硬硬碳碳”。篩余物含量過大篩余物含量過大，會，會降低降低硫化膠的硫化膠的拉伸強拉伸強度度，并導致，并導致擠出擠出半成品半成品表面不光滑表面不光滑，用，用45um篩篩余物一般控制在余物一般控制在0.1%。 八、篩余物含量八、篩余物含量 按美國按美國ASTM標準，一般還須作標準，一般還須作300%定伸應力試驗定伸應力試驗（有的標準還做扯斷強度、伸長率試驗）。（有的標準還做扯斷強度、伸長率試驗

42、）。 鑒定炭黑用的膠料配方一般采用鑒定炭黑用的膠料配方一般采用NR的基本配方：的基本配方： SMR 100.0 SA 3.0 ZnO 5.0 NS 0.6 S 2.5 CB 50 硫化條件硫化條件14530。 九、九、300%300%定伸應力定伸應力炭黑原材料標準炭黑原材料標準名稱：名稱：N375N375說明：由油爐法工藝制得說明：由油爐法工藝制得成分：炭黑成分：炭黑比重：比重：1.8g/cm3(1.8g/cm3(說明值說明值) )等級等級項目性能項目性能指標指標C C吸碘值（吸碘值（mg/gmg/g）9090553* *C CDBPDBP吸油值（吸油值（ml/100gml/100g）1141

43、14553.5* *M M著色強度著色強度% IRB% IRB3 3* *1151155 5N NCTABCTAB法比表面積法比表面積m m2 2/g/g96966 6M M壓縮后試樣壓縮后試樣DBPDBP吸油值（吸油值（24M24M4 4）ml/100gml/100g96965 5N N加熱減量（加熱減量（1051050 0C C）（大容量）（大容量）* *% %11N N加熱減量（加熱減量（1051050 0C C）（袋裝）（袋裝）* *% %2.52.5N N灰分（灰分（% %）0.75(0.5)0.75(0.5)* *N N篩余物（篩余物（45um45um）% %0.10.1N N傾注

44、密度（傾注密度（g/lg/l）3503503030M M粉狀物（大容量）粉狀物（大容量）* *% %7(10)7(10)* *M M粉狀物（袋裝）粉狀物（袋裝）* *% %15(15)15(15)* *標準膠料性能標準膠料性能ASTM DASTM D31923192（NRNR）300%300%定伸應力（定伸應力（1451450 0C C3030） 2.92.91.21.2* *第四節(jié)第四節(jié) 炭黑的結(jié)合橡膠及包容膠炭黑的結(jié)合橡膠及包容膠結(jié)合橡膠的生成被認為是炭黑對橡膠補強的主要原因結(jié)合橡膠的生成被認為是炭黑對橡膠補強的主要原因。一、結(jié)合橡膠（一、結(jié)合橡膠（bond rubber）（一）結(jié)合橡膠的

45、概念（一）結(jié)合橡膠的概念 也稱為炭黑凝膠（也稱為炭黑凝膠（bound- rubber），），是指炭黑混煉膠中不能被它的良溶劑溶解的是指炭黑混煉膠中不能被它的良溶劑溶解的那部分橡膠。那部分橡膠。生膠生膠炭黑炭黑結(jié)合橡膠結(jié)合橡膠自由橡膠自由橡膠對強度貢獻大對強度貢獻大對彈性、伸長率貢獻大對彈性、伸長率貢獻大（二）結(jié)合膠的生成原因（二）結(jié)合膠的生成原因結(jié)合橡膠來源結(jié)合橡膠來源化學吸附：化學吸附：橡膠分子鏈與炭黑的表面基團化學結(jié)合橡膠分子鏈與炭黑的表面基團化學結(jié)合物理吸附：大于溶解力的物理吸附物理吸附：大于溶解力的物理吸附（三）影響結(jié)合橡膠的因素（三）影響結(jié)合橡膠的因素二、包容橡膠（二、包容橡膠（oc

46、cluded rubber）DBPDBP吸油值越高，即聚集體結(jié)構(gòu)度越高，吸油值越高，即聚集體結(jié)構(gòu)度越高，包容膠越多，最大填充量越小。包容膠越多，最大填充量越小。（一）包容橡膠的概念（一）包容橡膠的概念又稱吸留橡膠，是指在炭黑聚集體鏈枝又稱吸留橡膠，是指在炭黑聚集體鏈枝狀結(jié)構(gòu)中屏蔽（包藏）的那部分橡膠。包容狀結(jié)構(gòu)中屏蔽（包藏）的那部分橡膠。包容膠的形成膠的形成影響炭黑在橡膠中的添加量影響炭黑在橡膠中的添加量。（二）包容膠量的計算（二）包容膠量的計算經(jīng)驗公式：經(jīng)驗公式：=(1+0.02139DBP)/1.46(1+0.02139DBP)/1.46膠料中炭黑加包容膠的體積分數(shù)膠料中炭黑加包容膠的體積

47、分數(shù)膠料中炭黑的體積分數(shù)膠料中炭黑的體積分數(shù)包容膠的體積分數(shù)：包容膠的體積分數(shù)：V V = =炭黑最大填充系數(shù)：炭黑最大填充系數(shù)：DBP+4.8114.811=最大第五節(jié)第五節(jié) 炭黑對橡膠加工性能的影響炭黑對橡膠加工性能的影響一、炭黑性質(zhì)對混煉（一、炭黑性質(zhì)對混煉（mixing）的影響）的影響1 1炭黑性質(zhì)對混煉炭黑性質(zhì)對混煉吃料及分散吃料及分散的影響的影響炭黑的炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)高，用量大粒徑小，結(jié)構(gòu)高，用量大 吃料慢吃料慢炭黑的炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)低，用量大粒徑小，結(jié)構(gòu)低，用量大 分散差分散差2 2炭黑性質(zhì)對炭黑性質(zhì)對混煉膠粘度混煉膠粘度的影響的影響炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，

48、粘度高。炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，粘度高。3 3炭黑性質(zhì)對炭黑性質(zhì)對混煉生熱及能耗混煉生熱及能耗的影響的影響炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，生熱高。炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，生熱高。炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大，混煉能耗大。炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大，混煉能耗大。 在吃炭黑過程中，膠料的包輥性下降；炭黑被吃進去以在吃炭黑過程中，膠料的包輥性下降；炭黑被吃進去以后，可以改善包輥性。后，可以改善包輥性。4. 炭黑對膠料包輥性的影響炭黑對膠料包輥性的影響影響因素影響因素生膠性質(zhì)生膠性質(zhì)格林強度格林強度 高高斷裂拉伸比斷裂拉伸比 大大最大松弛時間最大松弛時間

49、 長長輥筒溫度輥筒溫度TgTg以上幾十度范圍內(nèi)包輥性好以上幾十度范圍內(nèi)包輥性好剪切速率剪切速率提高，改善包輥性提高，改善包輥性包輥性好包輥性好二、炭黑對膠料自粘性（二、炭黑對膠料自粘性（autohension）影響）影響 高補強性炭黑能提高混煉膠的格林強度，因而能提高高補強性炭黑能提高混煉膠的格林強度，因而能提高自粘性。炭黑粒徑小，表面活性大，結(jié)構(gòu)度高，膠料的自自粘性。炭黑粒徑小，表面活性大，結(jié)構(gòu)度高，膠料的自粘性好。粘性好。 隨炭黑用量增大，膠料的自粘性先增大后下降。隨炭黑用量增大，膠料的自粘性先增大后下降。影響因素影響因素分子鏈的活動能力：擴散和滲透分子鏈的活動能力：擴散和滲透斷鏈后自由基

50、活性：接觸時再交聯(lián)斷鏈后自由基活性：接觸時再交聯(lián)生膠格林強度：剝離力生膠格林強度：剝離力三、炭黑性質(zhì)對壓延（三、炭黑性質(zhì)對壓延（calendering）的影響）的影響一般來說，炭黑的結(jié)構(gòu)性高，混煉膠的壓出工藝性能較好，口型膨脹率小，半成品表面光滑，壓出速度快。 炭黑用量的影響也很重要，用量越多，膨脹率越小 。炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，壓延收縮率小粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，壓延收縮率小，半成品表面光滑。壓型膠料，炭黑用量要大；厚擦膠使用軟質(zhì)炭黑，薄擦膠時使用硬質(zhì)炭黑，炭黑的用量不要太多。炭黑性質(zhì)對壓出（炭黑性質(zhì)對壓出（extruding）的影響）的影響五、炭黑性質(zhì)對硫化（五、炭黑性質(zhì)對硫化（curing）

51、的影響）的影響1.1.炭黑炭黑酸堿性（酸堿性（pHpH值）值）的影響的影響pHpH值值低，遲延硫化低，遲延硫化；pHpH值值高，膠料易焦燒，硫化速度快高，膠料易焦燒，硫化速度快。炭黑表面含氧基團多，炭黑表面含氧基團多，pHpH值低，硫化速度慢。值低，硫化速度慢。2.2.炭黑炭黑結(jié)構(gòu)和粒徑結(jié)構(gòu)和粒徑的影響的影響炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)高，易焦燒，硫化速度快。炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)高，易焦燒，硫化速度快。用量大，促進焦燒，硫化速度變慢。用量大，促進焦燒，硫化速度變慢。第六節(jié)第六節(jié) 炭黑對硫化膠性能的影響炭黑對硫化膠性能的影響 炭黑粒徑小，表面活性大，結(jié)構(gòu)度高，拉伸強度高；隨炭黑粒徑小，表面活性大，結(jié)構(gòu)度高，拉伸

52、強度高；隨炭黑用量增大，拉伸強度先增后降。炭黑用量增大，拉伸強度先增后降。一、炭黑性質(zhì)對硫化膠一般技術(shù)性能的影響一、炭黑性質(zhì)對硫化膠一般技術(shù)性能的影響1 1、對拉伸強度的影響、對拉伸強度的影響2 2、對撕裂強度的影響、對撕裂強度的影響 炭黑的粒徑小，撕裂強度高；粒徑相同時，對結(jié)晶性橡炭黑的粒徑小，撕裂強度高；粒徑相同時，對結(jié)晶性橡膠，結(jié)構(gòu)度低的炭黑，撕裂強度高；對非結(jié)晶性橡膠，結(jié)膠，結(jié)構(gòu)度低的炭黑，撕裂強度高；對非結(jié)晶性橡膠，結(jié)構(gòu)度高的炭黑，撕裂強度高；隨炭黑用量增大，撕裂強度構(gòu)度高的炭黑，撕裂強度高；隨炭黑用量增大，撕裂強度先增后降。先增后降。3 3、對定伸應力和硬度的影響、對定伸應力和硬度

53、的影響 炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，表面活性大，用量大，膠料炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，表面活性大，用量大，膠料的定伸應力和硬度高，其中以結(jié)構(gòu)度影響最大。的定伸應力和硬度高，其中以結(jié)構(gòu)度影響最大。 炭黑對膠料定伸應力和硬度的影響要比膠種、硫化體炭黑對膠料定伸應力和硬度的影響要比膠種、硫化體系大得多。膠料的硬度隨炭黑用量的變化：系大得多。膠料的硬度隨炭黑用量的變化： FEF、HAF、EPC 純膠硬度純膠硬度+1/2炭黑份數(shù)炭黑份數(shù) ISAF 純膠硬度純膠硬度+1/2 炭黑份數(shù)炭黑份數(shù)+2 SRF 純膠硬度純膠硬度+1/3 炭黑份數(shù)炭黑份數(shù) FT、MT 純膠硬度純膠硬度+1/4 炭黑份數(shù)炭黑份數(shù)4、對耐磨性的

54、影響、對耐磨性的影響 粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用量大，膠料的拉斷伸粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用量大，膠料的拉斷伸長率低。其中炭黑用量、粒徑、結(jié)構(gòu)度影響較大。長率低。其中炭黑用量、粒徑、結(jié)構(gòu)度影響較大。 炭黑炭黑粒徑小，表面活性大，分散性好粒徑小，表面活性大，分散性好，膠料，膠料耐磨性好耐磨性好； 結(jié)構(gòu)度對耐磨性影響較復雜，說法不一。結(jié)構(gòu)度對耐磨性影響較復雜，說法不一。 炭黑的炭黑的用量用量對膠料耐磨性對膠料耐磨性存在一最佳用量存在一最佳用量。5、對彈性的影響對彈性的影響 粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用量大，膠料的彈性粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用量大，膠料的彈性差。其中炭黑用量影

55、響最大。差。其中炭黑用量影響最大。6、對拉斷伸長率的影響對拉斷伸長率的影響7、對熱性能的影響對熱性能的影響炭黑粒徑小，表面活性高，用量大，膠料的耐油性變好。炭黑粒徑小，表面活性高，用量大，膠料的耐油性變好。 炭黑對炭黑對膠料耐熱性影響不是很大膠料耐熱性影響不是很大，隨炭黑用量增多，耐，隨炭黑用量增多，耐熱性稍有提高。熱性稍有提高。 炭黑炭黑粒徑小，表面活性高，用量大粒徑小，表面活性高，用量大，膠料的，膠料的耐寒性變差耐寒性變差。 炭黑炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，用量大粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，用量大，膠料，膠料導熱系數(shù)增大導熱系數(shù)增大，傳，傳熱加快。熱加快。8、對耐油性的影響對耐油性的影響二炭黑的性質(zhì)對硫化

56、橡膠動態(tài)性能的影響二炭黑的性質(zhì)對硫化橡膠動態(tài)性能的影響1.1.對硫化膠動態(tài)模量的影響對硫化膠動態(tài)模量的影響膠料中加入炭黑，膠料的儲能模量（彈性模量）和損耗膠料中加入炭黑，膠料的儲能模量（彈性模量）和損耗模量均增大，且隨炭黑用量增大而增大；模量均增大，且隨炭黑用量增大而增大； 炭黑粒徑小、表面活性高、結(jié)構(gòu)度高，膠料的儲能模量炭黑粒徑小、表面活性高、結(jié)構(gòu)度高，膠料的儲能模量（彈性模量）和損耗模量均增大。（彈性模量）和損耗模量均增大。膠料中加入炭黑，膠料的損耗影子增大，且隨炭黑用量增膠料中加入炭黑，膠料的損耗影子增大，且隨炭黑用量增大而增大；大而增大； 炭黑粒徑小，表面活性高，結(jié)構(gòu)度高，膠料的損耗因

57、子炭黑粒徑小，表面活性高，結(jié)構(gòu)度高，膠料的損耗因子大，滯后大，大，滯后大， 生熱大，阻尼性提高。生熱大，阻尼性提高。2.2.對硫化膠損耗因子的影響對硫化膠損耗因子的影響 炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，表面活性高，能提高膠料的耐疲炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，表面活性高，能提高膠料的耐疲勞破壞性；勞破壞性； 在應力一定的疲勞條件下，炭黑用量增大，耐疲勞破壞性在應力一定的疲勞條件下，炭黑用量增大，耐疲勞破壞性提高；提高； 在應變一定的疲勞條件下，炭黑用量增大，耐疲勞破壞性在應變一定的疲勞條件下，炭黑用量增大，耐疲勞破壞性變差。變差。3、對耐疲勞破壞性的影響、對耐疲勞破壞性的影響三炭黑的性質(zhì)對硫化膠導電性的影響三炭

58、黑的性質(zhì)對硫化膠導電性的影響炭黑填充膠會使膠料電阻率下降，其炭黑膠料的電性能炭黑填充膠會使膠料電阻率下降，其炭黑膠料的電性能受炭黑結(jié)構(gòu)影響最明顯，其次受炭黑的比表面積、炭黑表受炭黑結(jié)構(gòu)影響最明顯，其次受炭黑的比表面積、炭黑表面粗糙度、表面含氧基團濃度的影響。炭黑結(jié)構(gòu)度高，粒面粗糙度、表面含氧基團濃度的影響。炭黑結(jié)構(gòu)度高，粒徑小，表面粗糙度低，含氧基團少，用量大，膠料的導電徑小，表面粗糙度低，含氧基團少，用量大，膠料的導電性提高。性提高。四、常用炭黑的性能四、常用炭黑的性能特性：耐磨性能優(yōu)良，動態(tài)穩(wěn)定性高，回彈率低。特性：耐磨性能優(yōu)良，動態(tài)穩(wěn)定性高，回彈率低。 典型用途：高性能轎車胎胎面；高質(zhì)量

59、工業(yè)橡膠制品及高典型用途：高性能轎車胎胎面；高質(zhì)量工業(yè)橡膠制品及高負載運輸帶。負載運輸帶。1、N220炭黑炭黑 耐磨性及抗裂性高，與耐磨性及抗裂性高，與N110相比，定伸應力較低、分相比，定伸應力較低、分散性較好。散性較好。典型用途：補強型炭黑，用于輪胎胎面，高質(zhì)量工業(yè)橡典型用途：補強型炭黑，用于輪胎胎面，高質(zhì)量工業(yè)橡 膠制品及高負載運輸帶。膠制品及高負載運輸帶。2、N234炭黑炭黑特性：定伸應力低，扯斷伸長率高，耐疲勞性能好，抗撕裂特性：定伸應力低，扯斷伸長率高，耐疲勞性能好，抗撕裂 強度大，生熱較低。強度大，生熱較低。典型用途：工程輪胎胎面，鋼絲帶束層膠料，運輸帶，工業(yè)典型用途：工程輪胎胎

60、面，鋼絲帶束層膠料，運輸帶，工業(yè) 密封件及制品。密封件及制品。3、N326炭黑炭黑特性：兼具良好的耐磨性和中等的滯后。特性：兼具良好的耐磨性和中等的滯后。典型用途：輪胎帶束層，胎側(cè)，實心輪胎，膠輥外層，膠管典型用途：輪胎帶束層，胎側(cè)，實心輪胎，膠輥外層，膠管 表層，工業(yè)橡膠制品，轎車胎胎面。表層，工業(yè)橡膠制品，轎車胎胎面。4、N330炭黑炭黑特性：耐磨性高，壓出性能好。特性：耐磨性高，壓出性能好。典型用途：轎車輪胎胎面，工業(yè)橡膠制品及運輸帶。典型用途：轎車輪胎胎面，工業(yè)橡膠制品及運輸帶。5、N351炭黑炭黑特性：同特性：同N339和和N347相比，具有較高的補強性，模量較低，相比，具有較高的補