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常見問題

碳黑對橡膠的補強效性和填充體系的影響

文章來源:本站人氣:5508發表時間:2016-07-12

  對于碳黑對橡膠的補強效性和填充體系的影響,首是我們得對碳黑有所了解:“碳黑”按生產方法可分為五大類:

  1.槽法碳黑又稱瓦斯碳黑。槽法碳黑賦于橡膠良好的強伸性能、抗撕裂性能和抗切割性能。

  2.油基爐法碳黑,適用于合成橡膠的應用。

  3.瓦斯爐法碳黑,這種碳黑多屬于軟質碳黑,補強性較低。

  4.熱裂法碳黑這是以天然氣為原料的一個老品種,主要分為細粒子和中粒子熱裂法碳黑。

  5.其它碳黑如乙炔碳黑、具有高導電性。近年來出現的新工藝碳黑具有良好的補強性能,且有優異的加工性能。壓出表面光滑,收縮率小,具有粒經小、分布窄、結構度高、比表面積低、粗糙度小等優點。碳黑顆粒聚集體形態因素特別均勻,從而賦予炭黑一系裂優越性質。


  一、接下來我們來了解:碳黑對橡膠的補強作用取決于炭黑的性質

  粒子大小,聚焦體形態以及粒子的表面化學性質等。并非只是依賴于炭黑的某一性質,而是炭黑各種基本性質共同作用的結果。碳黑粒徑是炭黑補強作用的重要因素。碳黑越細補強性能越優越。工業上確定高耐磨爐黑HAF為標準,比表面積為80平方米/克,相對補強性為100,其它碳黑或高于或低于100,實驗表明,比表面積大于50平方米時,才表現出較好的補強性。碳黑粒徑在50微米以下時,也即與硫化橡膠交聯點間,鏈段長度有相同數量級時,才能表現出較好的補強較果。碳黑粒子的比表面積在150—200平方米每克時粒徑遠小于交聯點間的鏈段長度,此時橡膠分子鏈段能充分吸附在碳黑粒子的表面,兩者牢固地結合在一起。炭黑比表面積對橡膠的炭黑凝膠生成量有顯著的影響,比表面積大,凝膠生成量越多,凝膠生成量是炭黑補強性好壞的重要標志。因為炭黑的凝膠是橡膠與碳黑的結合物,它有助于形成炭黑的補強結構。碳黑粒徑對硫化橡膠物理機械性能有明顯的影響,如,粒徑對天然和丁苯的硫化膠的強伸性能影響,抗張強度隨粒徑的減小而增大,定伸強度亦隨粒徑的減小而增大,但至某一程度變為定值,伸長率隨粒徑的減少而下降,降至某程度趨于定值。碳黑粒徑對硫化膠的耐磨性、回彈性、硬度及永久性壓縮變形等也有明顯的影響,實驗表明炭黑粒徑越小,硫化膠的耐磨性能越好,而與碳黑的品種關系不大。粒徑小時會增大硫化膠的生熱和滯后損失且表現出有較小的回彈性。增大粒徑,撕裂強度降低。碳黑粒徑對硫化膠硬度也有明顯的影響,硬度隨比表面積的增大而上升。但增大到一定數值后硬度就不再變化了。定伸強度、伸長率(如何控制橡膠制品的收縮率)、硬度、撕裂強度等性能隨比表面積的變化,都表現出明顯的轉折點。

  二,碳黑結構度對補強性的影響

  a.碳黑結構度對硫化橡膠的補強性有著重要的影響,與硫化橡膠的定伸強度有明顯的相關性。不同結構度的碳黑制得相同補強效果的硫化膠,所需炭黑的用量不同,炭黑結構程度高者,其用量可相對降低,這主要是碳黑補強作用與炭黑的顆粒聚集體的包容體積有直接關系。結構度對定伸強度影響最為突出,在相同粒徑下,結構度越高,定伸強度越大。提高碳黑的結構度可降低伸長率,提高抗張強度和硬度,特別是可提高耐磨性。

  b.碳黑結構度對硫化膠動態性能也有影響,相同的疲勞條件下,高結構炭黑可提高硫化膠的滯后損失和生熱性。但在相同的形變負荷下,因定伸強度較大,形變能力較小,又會降低滯后損失和生熱性。

  c.碳黑結構度對結晶性橡膠或非結晶性橡膠的補強性能影響不同。高結構炭黑對非結晶性橡膠的抗張強度或撕裂強度影響,較結晶性橡膠顯著得多。反之,低結構炭黑對結晶性橡膠的抗張強度或撕裂強度及補強效果高于非結晶性橡膠。

  d.碳黑結構度對硫化橡膠的導電性能影響很大,結構越高導電性能越強,如乙炔炭黑具有較高的結構度,賦予硫化膠最大的導電性能。

  三,炭黑粒子表面性質和表面狀態對補強性的影響。

  炭黑粒子的表面化學性質、粒子表面的粗糙程度及碳黑的結晶狀態,對補強作用有一定的影響。炭黑表面的醌基團或氫醌基團,在碳黑的混練及硫化過程中,能夠與鏈烯烴類橡膠發生化學反應,表現出補強效果。

  四,炭黑變量對補強效性的影響

  橡膠中炭黑的填入量會顯著影響硫化橡膠的物理機械性能。實踐證明,硬度、定伸強度和生熱性隨著炭黑的增量出現單調地增大?;貜椔?、伸長率等出現單調地下降??箯垙姸?、撕裂強度、耐磨性隨著碳黑的增量出現最大值,補強性越好,出現最大值越明顯。隨著炭黑的用量增量,硫化橡膠耐磨耗性初時有顯著地增強,增大到最大數值后,炭黑再增量,耐磨性不再明顯變化。當橡膠中炭黑的總比表面積相等時,較大粒子的碳黑有較好的耐磨性,而粒子較小的有較小的耐磨性,這是與炭黑在橡膠中的分散有關,炭黑粒徑越小,分散性越差,從而降低了耐磨性。

  炭黑的用量對硫化橡膠的導電性也有顯著的影響,用量增高時會使硫化膠的電阻率顯著下降。

碳黑對橡膠的影響

  最后瑞博橡膠給大家介紹:炭黑與橡膠的工藝性能(相關文章:硅橡膠與金屬黏結工藝流程

  炭黑的基本性質與對碳黑膠料的混練的影響十分顯著,由于炭黑的性質不同,炭黑的混入速度、分散效果也不相同,并使各種炭黑具有不同的門尼粘度。炭黑在橡膠中的吃粉速度與粒徑、結構度都有密切的關系,粒徑越小、結構越高,所需的混入時間越長。粒徑過小、結構度低的炭黑,分散作用亦差,混練的時間亦長。槽法炭黑比高耐磨炭黑分散效果差,兩者粒徑相差不大,原因是槽法炭黑的結構度較低。

  將碳黑混練膠置于溶劑中,有部分不能溶解的膠粒,是炭黑與橡膠的結合體稱為炭黑凝膠或稱為結合橡膠。炭黑凝膠的生成量與炭黑種類、用量、橡膠品種以及混練的條件有關。炭黑凝膠的生成量是衡量炭黑對橡膠補強效果的重要尺度。凝膠是橡膠大分子斷裂后與碳黑結合,奪取炭黑的氫原子,生成橡膠與炭黑的結合體的化學結合及相互吸附的物理結合。通過化學和物理的結合形成了類似網構結合體。炭黑的粒徑與結構度對形成凝膠的能力有明顯的影響,其中結構度的影響更大。粒徑愈小、結構度愈高,就愈易形成凝膠。比高耐磨粒徑還小的炭黑更易產生凝膠。在不飽和度低的橡膠中更為顯著。凝膠生成量隨橡膠種類而異,天然膠、丁苯膠、丁睛及氯丁橡膠生成的凝膠量遠多于丁苯、順丁橡膠。丁基、乙丙的不飽和度很低幾乎不能生成炭黑凝膠。練膠的溫度與炭黑凝膠生成量也有很大的關系,高溫時會促進凝膠的生成,混練后放置過程中,炭黑凝膠還可在膠料中繼續形成,放置溫度愈高,凝膠的含量增加愈快。膠料的門尼粘度與橡膠加工工藝的關系很大,高門尼粘度的膠料常給加工過程帶來困難。炭黑膠料的粘度變化與炭黑凝膠有直接的關系,炭黑膠料中的凝膠愈大,膠料的門尼粘度愈高。炭黑粒徑愈細、結構愈高、用量愈多,膠料的粘度也愈高。原因是這些因素會促進凝膠生成。


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