【2018年必威体育精装版整理】橡胶补强与填充体系.pptVIP

橡胶的补强与填充体系Chapter 3:Reinforcing and Filling System 青岛科技大学 高分子科学与工程学院 本章主要内容 二、填料（filler）分类 三．橡胶补强与填充的历史与发展 我国发明炭黑已有千余年历史，故称“灯烟”或“烃灯”但均是作坊式生产，未形成规模。 1864年美国用中国古老的工艺方法生产炭黑，并于1872年实现工业化生产，“炭黑”（carbon black）一词出现并广泛应用。 1892年发明槽法CB，直至二战期间占“统治”地位。 1904年发现炭黑对橡胶有补强作用。 1944年发明高耐磨炉黑，从此打破槽黑一统天下的局面，50年代末中超耐磨炉黑工业化生产。 1960年出现低结构炉黑，炉黑代替槽黑成为现实，槽黑因效率低，生产成本高且污染环境，又因槽黑有迟缓硫化的作用，故在轮胎生产中已基本淘汰。 1971年开始生产新工艺炭黑，从此炭黑的质量得以控制。 上世纪90年代初低滞后（滚动阻力）炭黑开始盛行。 一、炭黑（carbon black）的定义 5、按ASTM标准分类 按ASTM标准分类 第三节 炭黑的性质及技术指标 炭黑的粒径是指单颗炭黑粒子或聚集体中原生粒子的平均粒径大小，单位常为nm。炭黑工业常用的平均粒径有算术平均粒径和表面平均粒径两种。 算术平均直径（arithmetic average particle diameter） 2、炭黑的比表面积及表面粗糙度 二、炭黑的结构度(structural degree) 1．炭黑的微观结构 将炭黑在没有氧的情况下加热到1000℃以上，则炭黑微晶尺寸会逐渐增加，而层面距离则减小，即提高了微晶结构的规整性。当温度升高至2700℃时，炭黑则转变成石墨。 即炭黑聚集体（aggregate），又称为基本聚熔体或原生结构，它是炭黑的最小结构单元。形状类似葡萄串。 这种结构在橡胶的混炼及加工过程中，除小部分外，大部分被保留，所以可视其为在橡胶中最小的分散单位，所以又称为炭黑的稳定结构。 炭黑的二次结构又称为附聚体、凝聚体或次生结构，它是炭黑聚集体间以范德华力相互聚集形成的空间网状结构，这种结构不太牢固，在与橡胶混炼时易被碾压粉碎成为聚集体。 （二）炭黑结构度及其测定方法 三、炭黑的表面性质 挥发分(volatile matter)：挥发分是将炭黑在隔离空气的条件下高温加热，大部分炭黑能放出H2,CO,CO2等气体，这便是挥发分。氧含量高时挥发分含量高，挥发分含量过高时（如槽法炭黑）会迟延硫化。 水分(water content)：105℃下加热减量即为水分含量。 炭黑的水分含量与周围环境的温度，湿度有关，与炭黑 的比表面积，孔隙度，氧含量等有关。在标准气压下氧含量 高的炭黑其水分含量亦高。应用水分含量过大的炭黑，混炼 时间长（剪切力降低）挤出易起海绵，硫化胶会产生气泡。 炭黑表面上有自由基、氢、羟基、羧基、内酯基、醌基，见下图。这些基团估计主要在层面的边缘。 （1）自由基 （2）炭黑表面的氢 （3）炭黑表面的含氧基团 含氧基团有羟基、羧基、酯基及醌基。 四、炭黑的酸碱性 炭黑本身显弱酸性，但由于生产方法（冷却方法） 不同，使炭黑的弱酸性发生改变。 槽法炭黑由于表面含氧基团多，采用自然冷却，显 酸性，pH值2.9～5.5 。 炉法炭黑含氧基团少，由于采用水冷，带入碱性物 质使炭黑显弱碱性， pH值7～10 。 炭黑酸碱性对胶料硫化速度有重要影响，酸性炭黑 硫化速度偏慢，碱性炭黑硫化速度较快。 五、炭黑的光学性质——着色强度 炭黑的光学性质用着色强度反映，用黑度、黑度计值、着色强度和色相等表示。炭黑的着色强度是炭黑粒径，结构性，表面化学性质，炭黑粒子的分布及在胶料中的分散性能的综合反映。试验证明：炭黑粒径增大，结构提高，着色强度下降；粒子表面氢原子含量增多或羧基含量较高时，着色强度明显增加；炭黑的分散性好，着色强度高。 着色强度试验是与标准炭黑（IBR3）比较吸光值（黑度）。炭黑（轮胎生产常用CB）的着色强度一般在110～130%。 炭黑粉状物含量是细检项目之一，是一项重要指标，应引起重视。但人们只重视炭黑入库时粉状物含量的测试，却往往忽视炭黑在输送称量投料过程中粉状物含量的变化。 炭黑粉末物含量过高，不仅会造成“飞扬”污染环境，且易在输送，称量，投料过程中堵塞管道，料斗起拱，称量不准，更重要的是微细粉末不是在剪切作用下，被橡胶包容均匀分散，而是形成许多“碳黑色”致使分散不均，性能下降。