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源磊告訴你|橡膠產品對填料的要求,各種炭黑在橡膠中的作用

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發布時間:
2020-03-25
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源磊告訴你|橡膠產品對填料的要求,各種炭黑在橡膠中的作用

 

橡膠產品對填料的要求
 

1、一般要求

 

(1)補強填料粒子表面要有強的化學活性,能與橡膠產生良好的結合,能改善硫化膠的力學性能、耐老化性能和粘合性能。非補強填料粒子表面呈化學惰性,和橡膠不產生化學結合,不影響硫化膠的力學性能及耐候性、耐酸堿性和耐水性。

(2)有較高的化學純度,細度要均勻,對橡膠有良好的濕潤性和分散性。

(3)不易揮發,無臭、無味、無毒,有較好的貯存穩定性。

(4)用于白色、淺色和彩色橡膠制品的填料,還要求不污染,不變色。

(5)價廉易得。

 

2、性能要求

 

(1)細度:一般說,補強填料顆粒越細,比表面積越大,和橡膠接觸面積也越大,補強效果越好。非補強填料顆粒越細,加入橡膠后混煉效果越好。但必須分散均勻,如分散不均勻,即使顆粒很細,混煉效果亦不好。

 

(2)顆粒形狀與晶型:填料顆粒形狀以球形較好,片形或針形填料在硫化膠拉伸時容易產生定向排列,導致永久變形增大,抗撕裂性能降低。補強填料中炭黑和白炭黑為無定形,其他填料也有結晶型的。比如硅微粉雖與白炭黑化學成分均為二氧化硅,但前者為結晶型,后者為無定型。結晶型填料又分為異軸結晶和等軸結晶兩種。同軸結晶x、y、z三軸相似,各向同性。異軸結晶x、y、z三軸有顯著差異,各向異性在常用非金屬礦物填料中,陶土、石墨、硅藻土屬異軸結晶系。碳酸鈣為等軸結晶系。要求耐磨和耐撕裂性能好的橡膠制品,不宜用異軸結晶系物質作補強填料。

 

(3)表面性質:粉體填料混入橡膠,其粒子被橡膠分子包圍,粒子表面被橡膠濕潤的程度對補強效能有很大影響。不易濕潤的顆粒,在橡膠中不易分散,容易結團,降低其補強效能。這種狀況可以通過添加某些有助于增加濕潤的物質得以改善。例如補強效能很小的碳酸鈣,加入脂肪酸后,降低了表面張力,增加了濕潤程度,提高了補強效果。

 

炭黑在橡膠中的作用

 

炭黑是橡膠的主要補強填料,其成分90%~99%是元素碳,其余是少量揮發分和水分。在炭黑生產過程中,其表面吸附或結合了少量羧基、醌基、酚基、內酯基等化學基團。過去曾經認為炭黑的補強效能僅取決于其粒徑(比表面積)大小及結構性,而與其表面的化學性質無關。近年來大量研究結果表明,炭黑粒子表面的化學基團在混煉過程中能與橡膠起化學反應,使結合膠增加,進而增進了硫化膠的力學性能和耐老化性能。

炭黑即碳黑(carbon black),是一種無定形碳。輕、松而極細的黑色粉末,表面積非常大,范圍從10-3000m2/g,是含碳物質(煤、天然氣、重油、燃料油等)在空氣不足的條件下經不完全燃燒或受熱分解而得的產物。

 

炭黑按性能區分有“補強炭黑”、“導電炭黑”、“耐磨炭黑”等。炭黑可作黑色染料,用于制造中國墨、油墨、油漆等,也經常用于橡膠生產補強劑;炭黑按用途不同,通常分為色素用炭黑、橡膠用炭黑、導電碳黑和專用碳黑。

 

中國是世界上最早生產炭黑的國家之一。在古時候,人們焚燒動植物油、松樹枝收集火煙凝成的黑灰,用來調制墨和黑色顏料。這種被稱之為“炱”的黑灰就是最早的炭黑。

 

1912年,人們發現炭黑對橡膠具有補強作用,從此炭黑逐漸成為橡膠工業不可缺少的原材料。

 

炭黑一般是指碳單質微粒,一般是由于有機物燃燒不充分,其中的氫元素和氧元素轉化為水,而碳元素燃燒不充分,就會脫離分子,形成炭黑。用爐黑生產工藝可得到幾乎所有粒徑范圍的炭黑,同一品種的炭黑,其粒子大小并不完全相同,呈現一個粒徑分布范圍。一般來說,粒子較細的品種,粒徑分布較窄。顏料黑越細,炭黑聚集體之間接觸點便越多,結果它們之間內聚力越強,當把顏料黑摻入料,即開始進行始炭黑均勻分布時,則對分散要作的功便大,以把炭黑粒子分隔開來,最終達到最高的黑度和著色。

 

炭黑的密度有兩種,一種是真密度,即由組成炭黑的元素及結構(或晶體結構)確定,在沒有特別說明的情況下,炭黑的密度指真密度;另一種是傾注密度或視密度,其隨炭黑的加工條件變化而不同,需經常測定。視密度主要為工程設備以及包裝、貯運等容器的容積計算提供依據。

 

粒徑小、結構高的炭黑傾注密度小。粒子小、結構高、表面純凈和表面粗糙度大的炭黑導電性好。橡膠技術網了解到,制備導電膠料時,炭黑的用量不能小于某一臨界值,否則膠料中過少的炭黑不能形成導電通道或不能引發場致發射,使膠料的導電性不能達到要求。

 

炭黑在橡膠中的作用

1.增加橡膠制品的耐磨性和使用壽命(補強劑)

2.節約成本,一般橡膠制品都是兩份膠一份炭黑(填充劑)

 

各品種炭黑的用途區別是什么?

 

炭黑按用途分類
按照用途可把其分為兩類:橡膠用炭黑、色素炭黑

 

1、色素用炭黑的分類

國際上根據炭黑的著色能力,通常分為三類,即高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。這個分類系統常用三個英文字母表示。前兩個字母表示著色能力,后一個表示生產方法

例如:高色素槽黑:HCC(high color channel)

高色素爐黑 HCF(high color furnace)

給類色色素分類主要根據粒徑和黑度進行分類。高色素槽黑(10-14nm),中色素槽黑(15-27 nm)、中色素爐黑(17-27 nm)、低色素爐黑(28-70 nm)
 

2、橡膠用炭黑的分類

命名系統是把炭黑膠料的硫化速度和結構等因素考慮進去的,由4個系統構成。第一個字母代表英文字母代表膠料的硫化速度。N代表正常(normal)硫化速度,S代表緩慢(slow)硫化速度。后面3個字母第一字母代表炭黑氮表面積范圍。第二個和第三個數字是反應不同的結構程度。
 

橡膠用炭黑的分類及用途:
 

命名系統是把炭黑膠料的硫化速度和結構等因素考慮進去的,由4個系統構成。第一個字母代表英文字母代表膠料的硫化速度。N代表正常(normal)硫化速度,S代表緩慢(slow)硫化速度。后面3個字母第一字母代表炭黑氮表面積范圍。第二個和第三個數字是反應不同的結構程度。(這些都是由國家標準的)
 

N220適用于各種橡膠,耐磨性比N330高10%-20%,能賦予膠粒膠高的拉伸強度和抗撕裂強度,并有一定的導電性。主要用于載重胎、乘用胎的胎面膠,及需要高強度、高耐磨的橡膠制品。

 

N234耐磨性比N220約高10%,在高苛刻度下使用,更能顯示出良好的耐磨性能。主要用于高速輪胎面膠和高質量的橡膠制品。

 

N326在天然橡膠中具有較高的拉伸強度、抗撕裂強度、耐磨性及抗蹦裂性能。主要用于要求強度高、生熱低的輪胎(包括越野胎)胎面膠,也適用于輸送帶、密封制品及其他高質量橡膠工業制品。

 

N330是一種補強性能良好的炭黑,能賦予膠粒較好的強伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和彈性。主要用于輪胎胎面、簾布膠、胎側及各種橡膠工業制品。

 

N339在胎面膠料中的補強性能、耐磨性能及抗裂口增長性能近于N220炭黑,特別適用于丁苯橡膠與順丁膠并用體系。主要用于乘用胎、卡車胎胎面膠,輸送帶、膠管及各種要求耐磨性高的橡膠工業制品。

 

N375與N339性能基本相同,生熱比N339稍低。主要用于轎車胎、載重胎及越野胎胎面膠。

 

N550適用于天然橡膠和各種合成橡膠,易分散,能賦予膠料較高的挺性,壓出速度快,口型膨脹小,壓出表面光滑。硫化膠的高溫性能及導熱性能良好,補強性能、彈性和復原性亦較佳。主要用于輪胎簾布膠、胎側、內胎及壓出、壓延制品膠料中。

 

N539使用于本品的膠料,其壓出表面光滑,口型膨脹小。硫化膠的拉伸強度和伸長率較高,定伸應力較N550低,彈性和耐疲勞性能均較好。主要用于輪胎胎體膠料,尤其適用于以天然橡膠為主的緩沖層膠料,亦可用于輪胎基部膠料、膠帶覆蓋和其它橡膠制品及電線、電纜護套料中。

 

N660本品適用于各種橡膠,與半補強碳黑相比,具有較高的結構,粒子較細,在膠料中易分散,硫化膠的拉伸強度、抗撕裂強度和定伸應力較高,而變形小,生熱低,彈性和耐屈擾性能良好。主要用于胎輪簾膠布、內胎、自行車、膠管、膠帶、電纜、鞋類及壓延制品、模型制品等。

 

N774適用于各種橡膠,是除熱裂法炭黑之外的粒徑最大(產品粒徑為80-170nm)、結構最低的炭黑品種,多用于輪胎胎體的緩沖層和簾布層膠料、膠管、壓出制品、各種工業橡膠制品,以及電線、電纜等在膠料中可以大量填充,其硫化膠伸長率高、生熱低、彈性高、耐老化性能良好。亦可代替熱裂法炭黑使用。

 

熱裂解法炭黑:橡膠炭黑N990系列炭黑則采用天然氣為原料,在隔絕空氣的條件下無火焰燃燒,裂解生成,稱熱裂解法炭黑,碳黑N990其基本性能與爐法炭黑有較大區別。

炭黑N990優點主要表現在:
 

一、粒子尺寸和分布,平均粒子尺寸為280nm,氮表面積7-11平方米/克,吸磺值為10克/公斤,CTAB法表面積為9平方米/克;

二、粒子聚集度很小或說結構很低,顯示為許多單獨的球形炭黑粒子,基他部分由為數不多的熔接粒子組成,對比其它品種炭黑,整體聚集度很低。

 

熱裂解炭黑是所有炭黑品種中粒徑最大的品種,(N990:200-500nm,N880:100-200nm),較早些時候,熱裂解炭黑用于汽車零配件的填充料使用,那時候熱裂解炭黑的用途比較窄,價格也較為便宜。后來發現熱裂解炭黑具有填充量高,膠料的彈性好,永久不變形性能優越而被大量使用與汽車、機床等橡膠制品中,價格也隨著需求的增加和天然氣價格的提高而提高。由于價格上漲,下游廠家多以天然氣半補強和噴霧炭黑代替,熱裂解炭黑的需求有所下降,但在個別行業中,熱裂解炭黑以其良好的使用性能任然在使用。

 

碳黑和炭黑的區別?

 

碳是一種元素,一種主要呈四價的非金屬元素,存在于自然界中(如以金剛石和石墨形式),是煤、石油、瀝青、石灰石和其他碳酸鹽以及一切有機化合物的成分
 

碳黑:全部或主要由碳組成的各種膠狀的黑色物質的任何一種.通常由烴類化合物的部分燃燒而以煤煙制得
 

炭黑:是由燒焦物質(如木炭或骨炭)組成的一種黑色顏料

 

炭黑vs碳黑到底哪一個是標準的寫法?

 

 

目前兩者都在流行中。到還沒有具體的權威的標準和定義。如果做網絡推廣,這2個詞應該都要重視宣傳。誰也不能說炭黑N220,炭黑N330,炭黑N550,炭黑N660,就比碳黑N220,碳黑N330,碳黑N550,碳黑N660更規范。

 

 

 

 

 

 

 

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