橡膠補(bǔ)強(qiáng)與填充體系課件

1、橡膠補(bǔ)強(qiáng)與填充體系橡膠補(bǔ)強(qiáng)與填充體系補(bǔ)強(qiáng) 在橡膠中加入一種物質(zhì)后，使硫化膠的耐磨性、抗撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、模量、抗溶脹性等性能獲得較大提高的行為。填充 在橡膠中加入一種物質(zhì)后，能夠增大橡膠的體積，降低制品的成本，改善加工工藝性能，而又不明顯影響橡膠制品性能的行為。一、補(bǔ)強(qiáng)與填充的概念第一節(jié) 概述reinforcementfilling補(bǔ)強(qiáng) 在橡膠中加入一種物質(zhì)后，使硫化膠的耐磨性、二、填料（filler）分類 補(bǔ)強(qiáng)劑炭黑（carbon black）白炭黑（silica）短纖維（short fiber)有機(jī)樹脂（organic resin）無機(jī)納米材料（nano-filler）按作用分類 填充劑

2、陶土（clay）碳酸鈣（calcium carbonate）滑石粉（talcum powder）硅鋁炭黑（silica-alumina carbon black）高嶺土（kaolin） reinforcing agentfilling agent二、填料（filler）分類 補(bǔ)強(qiáng)劑按作用分類 填有機(jī)填料炭黑、短纖維、木質(zhì)素、果殼粉、膠粉等按性質(zhì)分類無機(jī)填料白炭黑、陶土、碳酸鈣、高嶺土、硅鋁炭黑等纖維狀短纖維、石棉、碳纖維顆粒狀炭黑、白炭黑、無機(jī)填料按形態(tài)分類有機(jī)填料按性質(zhì)分類無機(jī)填料纖維狀顆粒狀按形態(tài)分類三橡膠補(bǔ)強(qiáng)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“燈煙”或“烴燈”但均是作坊式

3、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1872年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，“炭黑”（carbon black）一詞出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用。1892年發(fā)明槽法CB，直至二戰(zhàn)期間占“統(tǒng)治”地位。1904年發(fā)現(xiàn)炭黑對(duì)橡膠有補(bǔ)強(qiáng)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，50年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(shí)，槽黑因效率低，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。1971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(jì)90年代初低滯后（滾動(dòng)阻力）炭黑開始盛行。三橡膠補(bǔ)強(qiáng)與填充的歷史與發(fā)展我國發(fā)明炭

4、黑已有千余年歷史，故2009年世界各國炭黑產(chǎn)能：國家或地區(qū) 年產(chǎn)能/萬噸 中國 430 美國 208 日本 75.5 俄羅斯 73.7 印度 69.1 韓國 57.0 巴西 46.5 泰國 37.9 德國 32.2 法國 26.4消費(fèi)：275.93萬噸09年中國炭黑產(chǎn)銷情況：產(chǎn)量：283萬噸進(jìn)口：8.9萬噸出口：16.2萬噸09年世界炭黑總需求： 需求量：977.4萬噸 年增長：4.2%70%炭黑用于輪胎，20%用于橡膠制品，10%用于油墨、著色劑2009年世界各國炭黑產(chǎn)能：國家或地區(qū) 年產(chǎn)世界知名炭黑生產(chǎn)企業(yè)：（1）美國卡博特公司 世界最大的炭黑生產(chǎn)商，在18個(gè)國家擁有25家炭黑工廠，年總產(chǎn)

5、能約為208萬t，占全球總產(chǎn)量的21.8%，位居世界首位。 在中國有上?？ú┨亍⑻旖蚩ú┨?，產(chǎn)能達(dá)到33萬噸/年。2002年研發(fā)經(jīng)費(fèi)高達(dá)8300萬美元，相當(dāng)于稅前所得的31% 。（2）德國德固賽集團(tuán) 在全球擁有19家炭黑工廠，合計(jì)產(chǎn)能約為145萬t，占世界總產(chǎn)能的17.5%，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(dá)到10萬噸/年。 （3）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12家炭黑工廠，合計(jì)產(chǎn)能約106.2萬噸。國內(nèi)工廠在濰坊。世界知名炭黑生產(chǎn)企業(yè)：（1）美國卡博特公司（2）德國德固賽集（4）臺(tái)灣中橡公司 世界第四大炭黑生產(chǎn)企業(yè)，合計(jì)產(chǎn)能在80萬噸以上。大陸

6、工廠設(shè)在安徽馬鞍山，產(chǎn)能在20萬噸左右。（5）印度博拉集團(tuán)公司 世界第5位炭黑生產(chǎn)商。2005年產(chǎn)能63萬噸。目前，該集團(tuán)擁有5家炭黑工廠，分別設(shè)在泰國、印度（2家）、埃及和中國。中國公司在遼寧，產(chǎn)能10萬噸。 （6）日本東海炭株式會(huì)社 2005年的生產(chǎn)能力為30.2萬t ，中國的工廠設(shè)在天津，產(chǎn)能4萬t 。 其他如美國大陸炭公司、印度塞卡公司、中國黑貓公司、韓國DC化學(xué)公司等。（4）臺(tái)灣中橡公司（5）印度博拉集團(tuán)公司（6）日本東海炭株式2009年國內(nèi)炭黑主要生產(chǎn)企業(yè)：序號(hào) 公司名稱 產(chǎn)量/萬噸 1 黑貓?zhí)亢诠?32.82 2 卡博特炭黑公司 32.0 3 河北龍星化工公司 18.28 4

7、蘇州寶化炭黑公司 14.76 5 華東橡膠材料公司 13.63 6 臺(tái)灣中橡公司 12.89 7 石家莊新星化炭公司 9.49 8 大石橋遼濱炭黑公司 8.40 9 河北大光明巨無霸 7.99 10 山西永東化工公司 6.79 11 青島贏創(chuàng)（德固薩） 6.70 12 青州博奧炭黑公司 6.38 13 山東貝斯特化工公司 6.132010年產(chǎn)能超過70萬噸山東金獅炭黑2011年產(chǎn)能達(dá)到15萬噸。2009年國內(nèi)炭黑主要生產(chǎn)企業(yè)：序號(hào) 公司名稱 一、炭黑（carbon black）的定義炭黑 由許多烴類物質(zhì)（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）經(jīng)不完全燃燒或裂解生成的具有高度分散性的黑色粉末物質(zhì)，主要由碳元素組成，

8、是近乎球形的膠體粒子，而這些粒子大都熔結(jié)成形狀不規(guī)則的聚集體（aggregate）。第二節(jié) 炭黑的分類和命名一、炭黑（carbon black）的定義炭 由許炭黑粒子的SEM照片炭黑粒子的SEM照片二、炭黑的生產(chǎn)工藝方法工藝方法不完全燃燒法熱裂解法爐法噴霧法燈煙法槽法輥筒法混氣法熱裂法乙炔法等離子體法涂料著色劑油漆和油墨用色素炭黑 干電池生產(chǎn) 橡膠用橡膠用二、炭黑的生產(chǎn)工藝方法工藝方法不完全燃燒法熱裂解法爐法噴霧法生產(chǎn)炭黑的原料：（1）乙烯焦油（2）蒽油（3）煤焦油（4）高爐煤氣（5）天然氣（6）炭黑油生產(chǎn)炭黑的原料：（1）乙烯焦油（2）蒽油（3）煤焦油（4）高橡膠用炭黑主要生產(chǎn)工藝方法： 爐

9、法是在反應(yīng)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)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。 1、爐法爐法氣爐法油爐法軟質(zhì)炭黑硬質(zhì)炭黑橡膠用炭黑主要生產(chǎn)工藝方法： 爐法是在反應(yīng)爐內(nèi)，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(yīng)爐的上游端用機(jī)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、結(jié)構(gòu)極高、填充膠料強(qiáng)度中等和永久變形很小的特點(diǎn)，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。 2、 噴霧法 槽法是在自然通風(fēng)的火房內(nèi)，天然氣或煤層氣通過數(shù)以千計(jì)的瓷

10、質(zhì)火嘴與空氣進(jìn)行不完全燃燒而形成魚尾形擴(kuò)散火焰，通過火焰還原層與緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)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。槽法炭黑是唯一可用于與食品接觸的橡膠用炭黑品種 3. 槽法 噴霧法的原料油是從反應(yīng)爐的上游端用機(jī)械霧化噴嘴 熱裂法是一種不連續(xù)的炭黑制造方法，每條生產(chǎn)線設(shè)置2個(gè)內(nèi)襯耐火材料的反應(yīng)爐。生產(chǎn)時(shí)，先在一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)通入天然氣和空氣并燃燒，待反應(yīng)爐達(dá)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。在該反應(yīng)爐進(jìn)行裂解反應(yīng)時(shí)另一個(gè)反應(yīng)爐開始燃燒。每個(gè)反應(yīng)爐均在完成裂解反應(yīng)且溫度降到一定程度后再

11、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，然后將收集到的炭黑進(jìn)行造粒處理。 熱裂法炭黑粒子最大、結(jié)構(gòu)最低。膠料強(qiáng)伸性能較低，但彈性高、硬度和生熱低、電導(dǎo)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。4. 熱裂法 熱裂法是一種不連續(xù)的炭黑制造方法，每條生產(chǎn)線設(shè) 等離子體法是用等離子體發(fā)生器加熱反應(yīng)爐，使其達(dá)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)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。 5.等離子體法不用加熱反應(yīng)爐，原料烴的利用率高，對(duì)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。不產(chǎn)生和排放CO、CO

12、2、SO2、NO和NO2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(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。反應(yīng)爐可達(dá)到的溫度高且范圍寬，有利于產(chǎn)品的多樣化。 該法具有以下優(yōu)點(diǎn)： 等離子體法是用等離子體發(fā)生器加熱反應(yīng)爐，使其達(dá)三、炭黑的分類與命名1、按制造方法分類炭黑不完全燃燒法炭黑熱裂解法炭黑油爐法炭黑氣爐法炭黑燈煙法炭黑噴霧法炭黑槽法炭黑滾筒法炭黑混氣法炭黑熱裂法炭黑乙炔法炭黑等離子體法炭黑（占97%以上 ）（占95%以上 ）三、炭黑的分類與命名1、按制造方法分類炭黑不完全燃燒法炭黑熱2、按用途分類炭黑橡膠用炭黑染色炭黑導(dǎo)電炭黑油爐法炭黑氣爐法炭黑噴霧法炭黑槽法炭黑熱裂法炭黑等離子體法炭黑燈煙法炭黑滾筒法炭黑

13、混氣法炭黑乙炔法炭黑特高結(jié)構(gòu)爐黑2、按用途分類炭黑橡膠用炭黑染色炭黑導(dǎo)電炭黑油爐法炭黑氣爐法3、按填充膠料性能分類炭黑硬質(zhì)炭黑軟質(zhì)炭黑超耐磨炭黑（SAF）中超耐磨炭黑（ISAF）高耐磨炭黑（HAF）(以補(bǔ)強(qiáng)為主) 細(xì)粒子爐黑（FF）通用炭黑（GPF）半補(bǔ)強(qiáng)炭黑（SRF）噴霧炭黑熱裂法炭黑（FT、MT）(以填充為主) 4、按結(jié)構(gòu)度分類炭黑高結(jié)構(gòu)炭黑（N134、N234、N347、N472、N550等）正常結(jié)構(gòu)炭黑（N110、N220、N330、N660等）低結(jié)構(gòu)炭黑（N219、N326等）3、按填充膠料性能分類炭黑硬質(zhì)炭黑軟質(zhì)炭黑超耐磨炭黑（SAF5、按ASTM標(biāo)準(zhǔn)分類硫化速度快慢粒徑平均范圍級(jí)

14、別炭黑的牌號(hào)N或S09任一數(shù)字任意兩位數(shù)N正常硫化速度S慢速硫化速度反映粒徑大小例：N330正常硫化速度平均粒徑為3系列：2630nm牌號(hào)，3系列的正常結(jié)構(gòu)炭黑數(shù)字越小，粒徑越小5、按ASTM標(biāo)準(zhǔn)分類硫化速度快慢粒徑平均范圍級(jí)別炭黑的牌號(hào)按ASTM標(biāo)準(zhǔn)分類ASTM系列粒徑范圍nm典型炭黑品種ASTM名稱英文縮寫中文名稱110N1001119N110、N115、N121、N134SAF超耐磨爐黑N2002025N219、N220、N234、N292、N293、N294ISAF中超耐磨爐黑N3002630N326、 N330、N347、N375HAF高耐磨爐黑N4003139N472XCF特導(dǎo)電爐

15、黑N5004048N539、N550FEF快壓出爐黑N6004960N660GPF通用爐黑N70061100N765、N774SRF半補(bǔ)強(qiáng)爐黑N800101200N880FT細(xì)粒子熱裂法炭黑N900201500N990MT中粒子熱裂法炭黑S2002025S212ISAF-LS-SC代槽爐黑S3002630S315HAF-LS-SC代槽爐黑按ASTM標(biāo)準(zhǔn)分類ASTM粒徑范圍典型炭黑品種ASTM名稱英第三節(jié) 炭黑的性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo) 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nm。炭黑工業(yè)常用的平均粒徑有算術(shù)平均粒徑和表面平均粒徑兩種。一、炭黑的粒徑（particle dia

16、meter）或比表面積（area ratio）1炭黑的粒徑及分布第三節(jié) 炭黑的性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo) 炭黑的粒徑是指單顆炭表面平均直徑（area average particle diameter）算術(shù)平均直徑（arithmetic average particle diameter）粒徑分布（distribution of particle size）表面平均直徑（area average particle d炭黑的粒徑分布（distribution of particle size）曲線炭黑的粒徑分布（distribution of partic2、炭黑的比表面積及表面粗糙度比表面積炭黑比表面積是

17、指單位質(zhì)量或單位體積（真實(shí)體積）中炭黑粒子的總表面積。粒徑小，比表面積大。area ratio炭黑比表面積的測定方法主要有：（1）電子顯微鏡法（SE）（2）BET法（低溫氮吸附法，SN）（3）碘吸附法（在碘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）比表面積為炭黑必檢項(xiàng)目，若不合格可退貨。2、炭黑的比表面積及表面粗糙度比炭黑比表面積是指單位質(zhì)量或單表面粗糙度表面粗糙度是指炭黑粒子在形成過程中，因粒子表面發(fā)生氧化侵蝕所形成的孔洞的多少，即氧化程度，也稱炭黑的孔隙度。用粗糙度系數(shù)K表示。degree of anchor或者： CTAB法與碘吸附法測得的比表面積

18、的差值 表面粗糙度高的炭黑含氧基團(tuán)多，多呈酸性，能遲延硫化速度，增加吸水性，降低補(bǔ)強(qiáng)效果。表表面粗糙度是指炭黑粒子在形成過程中，因粒子表面發(fā)生氧化侵蝕二、炭黑的結(jié)構(gòu)度(structural degree) 1炭黑的微觀結(jié)構(gòu) 炭黑微晶結(jié)構(gòu)炭黑原生粒子結(jié)構(gòu)示意圖（同心取向準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)）（一）炭黑的結(jié)構(gòu)二、炭黑的結(jié)構(gòu)度(structural degree) 1 將炭黑在沒有氧的情況下加熱到1000以上，則炭黑微晶尺寸會(huì)逐漸增加，而層面距離則減小，即提高了微晶結(jié)構(gòu)的規(guī)整性。當(dāng)溫度升高至2700時(shí)，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核，碳核繼續(xù)增長形成層面， 35個(gè)層面平行

19、等距排列組成一個(gè)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(duì)稱結(jié)構(gòu)。炭黑是準(zhǔn)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石墨晶體，層面間距C為7.0左右（石墨晶體的C為6.70，C值是兩倍層面間距）。上千個(gè)微晶以同心圓的方式定向排列，形成同心取向準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)的炭黑原生粒子。 將炭黑在沒有氧的情況下加熱到1000以上，則炭黑微 即炭黑聚集體（aggregate），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)。2、炭黑

20、的一次結(jié)構(gòu)炭黑聚集體（一次結(jié)構(gòu)）示意圖 即炭黑聚集體（aggregate），又稱為基本聚熔 炭黑的二次結(jié)構(gòu)又稱為附聚體、凝聚體或次生結(jié)構(gòu)，它是炭黑聚集體間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)構(gòu)不太牢固，在與橡膠混煉時(shí)易被碾壓粉碎成為聚集體。3、炭黑的二次結(jié)構(gòu)炭黑附聚體示意圖 炭黑的二次結(jié)構(gòu)又稱為附聚體、凝聚體或次生結(jié)構(gòu)，它（二）炭黑結(jié)構(gòu)度及其測定方法 炭黑結(jié)構(gòu)度是指炭黑聚集體表面鏈枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度，鏈枝數(shù)量多而長，結(jié)構(gòu)度越高。結(jié)構(gòu)度對(duì)硫化膠的許多性能都有影響，尤其是對(duì)定伸應(yīng)力、硬度、導(dǎo)電性有重要影響，是炭黑對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)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，通常用D

21、BP吸油值（oil-absorption number）法測定炭黑的結(jié)構(gòu)度。吸油值也是炭黑必檢項(xiàng)目，不符合要求用戶可退貨。（二）炭黑結(jié)構(gòu)度及其測定方法 炭黑結(jié)構(gòu)度是指炭黑判定標(biāo)準(zhǔn)：DBP吸油值120cm3/100g炭黑 高結(jié)構(gòu)炭黑DBP吸油值在80120cm3/100g炭黑 正常結(jié)構(gòu)炭黑DBP吸油值80cm3/100g炭黑 低結(jié)構(gòu)炭黑炭黑結(jié)構(gòu)度的測定方法：測定方法視比容法（壓縮法）DBP吸油值法壓縮樣DBP吸油值法判定標(biāo)準(zhǔn)：DBP吸油值120cm3/100g炭黑 品種粒徑（nm）吸碘值（mg/g）吸油值（ml/100g）N11511191608（6）1136（4）N12111191215（3.

22、5）1326（4）N23420251206（4）1256（4）N3262630805（3.5）725（3.5）N3392630905（3）1206（4）N3752630905（3）1145（3.5）N5504048435（3.5）1215（3.5）N6604960365（3.5）905（3.5）N774611002851055常用炭黑的吸碘值、吸油值 品種粒徑（nm）吸碘值（mg/g）吸油值（ml/100g）N三、炭黑的表面性質(zhì)1炭黑的化學(xué)組成元素組成碳元素： 9099%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氮元素：少量，原料殘留硫元素：原料油殘留炭黑成分碳揮發(fā)分： （

23、吸附的H2、CO、CO2、未裂解完全的烴）灰分：無機(jī)鹽，來自于原料、設(shè)備腐蝕及冷卻水吸附水：含氧基團(tuán)的吸附三、炭黑的表面性質(zhì)1炭黑的化學(xué)組成元素組成碳元素： 90揮發(fā)分(volatile matter)：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H2,CO,CO2等氣體，這便是揮發(fā)分。氧含量高時(shí)揮發(fā)分含量高，揮發(fā)分含量過高時(shí)（如槽法炭黑）會(huì)遲延硫化。水分(water content)：105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(guān)，與炭黑的比表面積，孔隙度，氧含量等有關(guān)。在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下氧含量高的炭黑其水分含量亦高。應(yīng)用水分含量過大的炭黑，混煉時(shí)間長（剪切

24、力降低）擠出易起海綿，硫化膠會(huì)產(chǎn)生氣泡?；曳?ash)：炭黑的灰分主要來源于原料所含的灰分、設(shè)備銹蝕，急冷水所含的鹽分和其它固體殘?jiān)?。炭黑的灰分一般不?huì)引起硫化膠性能的改變，但灰分中若含Cu,Mn,Fe及其化合物（變價(jià)金屬離子及其鹽分）時(shí)會(huì)影響硫化膠的耐老化性能。 550下灼燒。揮發(fā)分(volatile matter)：揮發(fā)分是將炭黑在隔 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(tuán)估計(jì)主要在層面的邊緣。2、炭黑的表面基團(tuán)(surface active group) 炭黑表面上有自由基、氫、羥基、羧基、內(nèi)酯基、醌基，（1）自由基（2）炭黑表面的氫（3）炭黑表面的含氧基團(tuán)

25、含氧基團(tuán)有羥基、羧基、酯基及醌基。 酸性 弱酸性 水解后呈酸性表征炭黑的表面活性炭黑的表面活性是炭黑對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)的第二要素。surface activity（1）自由基酸性 弱酸性 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）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(tuán)多，采用自然冷卻，顯酸性，pH值2.95.5 。 爐法炭黑含氧基團(tuán)少，由于采用水冷，帶入堿性物質(zhì)使炭黑顯弱堿性， pH值710 。 炭黑酸堿性對(duì)膠料硫化速度有重要影響，酸性炭黑硫化速度偏慢，堿性炭黑硫化速度較快。 四、炭黑的酸堿性 炭黑本身顯弱酸性，但由于生產(chǎn)方法（冷卻五、炭黑的光學(xué)性質(zhì)著色強(qiáng)度 炭黑

26、的光學(xué)性質(zhì)用著色強(qiáng)度反映，用黑度、黑度計(jì)值、著色強(qiáng)度和色相等表示。炭黑的著色強(qiáng)度是炭黑粒徑，結(jié)構(gòu)性，表面化學(xué)性質(zhì)，炭黑粒子的分布及在膠料中的分散性能的綜合反映。試驗(yàn)證明：炭黑粒徑增大，結(jié)構(gòu)提高，著色強(qiáng)度下降；粒子表面氫原子含量增多或羧基含量較高時(shí)，著色強(qiáng)度明顯增加；炭黑的分散性好，著色強(qiáng)度高。 著色強(qiáng)度試驗(yàn)是與標(biāo)準(zhǔn)炭黑（IBR3）比較吸光值（黑度）。炭黑（輪胎生產(chǎn)常用CB）的著色強(qiáng)度一般在110130%。 五、炭黑的光學(xué)性質(zhì)著色強(qiáng)度 炭黑的光學(xué)性質(zhì)用著六、炭黑的密度炭黑密度真密度視密度（傾注密度）X射線衍射法：2.042.11 g/cm3氦置換法： 1.842.06 g/cm3混煉法 ：1.8

27、01.86 g/cm3粉狀：0.030.048 g/cm3造粒：0.30.5 g/cm3粒徑小、結(jié)構(gòu)高的炭黑傾注密度小。 六、炭黑的密度炭黑密度真密度視密度（傾注密度）X射線衍射法： 炭黑粉狀物含量是細(xì)檢項(xiàng)目之一，是一項(xiàng)重要指標(biāo)，應(yīng)引起重視。但人們只重視炭黑入庫時(shí)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。 炭黑粉末物含量過高，不僅會(huì)造成“飛揚(yáng)”污染環(huán)境，且易在輸送，稱量，投料過程中堵塞管道，料斗起拱，稱量不準(zhǔn)，更重要的是微細(xì)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“碳黑色”致使分散不均，性能下降。 七、炭黑粉狀物含量 炭黑粉狀物含量是細(xì)檢項(xiàng)目之一，是一

28、項(xiàng)重要指標(biāo) 炭黑中的篩余物是指不能一定孔徑篩網(wǎng)的硬粒雜質(zhì)（G.B）原用150um篩相當(dāng)于100目，ASTM標(biāo)準(zhǔn)用45um篩，相當(dāng)于330360目）不能通過150um篩的篩余物的7080%通常是呈片狀，球狀和碎石油焦?fàn)畹慕沽?，?xí)慣稱為“硬碳”。篩余物含量過大，會(huì)降低硫化膠的拉伸強(qiáng)度，并導(dǎo)致擠出半成品表面不光滑，用45um篩余物一般控制在0.1%。 八、篩余物含量 炭黑中的篩余物是指不能一定孔徑篩網(wǎng)的硬 按美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)，一般還須作300%定伸應(yīng)力試驗(yàn)（有的標(biāo)準(zhǔn)還做扯斷強(qiáng)度、伸長率試驗(yàn)）。 鑒定炭黑用的膠料配方一般采用NR的基本配方： SMR 100.0 SA 3.0 ZnO 5.0 NS 0.

29、6 S 2.5 CB 50 硫化條件14530。 九、300%定伸應(yīng)力 按美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)，一般還須作300%定伸應(yīng)力炭黑原材料標(biāo)準(zhǔn)名稱：N375說明：由油爐法工藝制得成分：炭黑比重：1.8g/cm3(說明值)等級(jí)項(xiàng)目性能指標(biāo)C吸碘值（mg/g）905*CDBP吸油值（ml/100g）1145*M著色強(qiáng)度% IRB3*1155NCTAB法比表面積m2/g966M壓縮后試樣DBP吸油值（24M4）ml/100g965N加熱減量（1050C）（大容量）*%1N加熱減量（1050C）（袋裝）*%2.5N灰分（%）0.75(0.5)*N篩余物（45um）%0.1N傾注密度（g/l）35030M粉狀物（

30、大容量）*%7(10)*M粉狀物（袋裝）*%15(15)*標(biāo)準(zhǔn)膠料性能ASTM D3192（NR）300%定伸應(yīng)力（1450C30） 2.91.2*炭黑原材料標(biāo)準(zhǔn)名稱：N375說明：由油爐法工藝制得成分：炭黑第四節(jié) 炭黑的結(jié)合橡膠及包容膠結(jié)合橡膠的生成被認(rèn)為是炭黑對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)的主要原因。一、結(jié)合橡膠（bond rubber）（一）結(jié)合橡膠的概念結(jié)合橡膠 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那部分橡膠。生膠炭黑結(jié)合橡膠自由橡膠對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)大對(duì)彈性、伸長率貢獻(xiàn)大第四節(jié) 炭黑的結(jié)合橡膠及包容膠結(jié)合橡膠的生成被認(rèn)為是炭黑對(duì)橡（二）結(jié)合膠的生成原因結(jié)合橡膠來源

31、化學(xué)吸附：橡膠分子鏈與炭黑的表面基團(tuán)化學(xué)結(jié)合物理吸附：大于溶解力的物理吸附（二）結(jié)合膠的生成原因結(jié)合橡膠來源化學(xué)吸附：橡膠分子鏈與炭黑（三）影響結(jié)合橡膠的因素1炭黑比表面積（或粒徑、結(jié)構(gòu)度）的影響2. 炭黑表面活性的影響3、炭黑表面粗糙度的影響4、炭黑用量的影響5混煉（薄通次數(shù)、溫度）的影響6橡膠性質(zhì)（膠種、分子量）的影響7陳化（時(shí)間、溫度）的影響（三）影響結(jié)合橡膠的因素1炭黑比表面積（或粒徑、結(jié)構(gòu)度）的二、包容橡膠（occluded rubber）DBP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。（一）包容橡膠的概念包容橡膠 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

32、藏）的那部分橡膠。包容膠的形成影響炭黑在橡膠中的添加量。（二）包容膠量的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：=(1+0.02139DBP)/1.46膠料中炭黑加包容膠的體積分?jǐn)?shù)膠料中炭黑的體積分?jǐn)?shù)包容膠的體積分?jǐn)?shù)：V =炭黑最大填充系數(shù)：二、包容橡膠（occluded rubber）DBP吸油值越第五節(jié) 炭黑對(duì)橡膠加工性能的影響一、炭黑性質(zhì)對(duì)混煉（mixing）的影響1炭黑性質(zhì)對(duì)混煉吃料及分散的影響炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)高，用量大 吃料慢炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)低，用量大 分散差2炭黑性質(zhì)對(duì)混煉膠粘度的影響炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，粘度高。3炭黑性質(zhì)對(duì)混煉生熱及能耗的影響炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性

33、高，生熱高。炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大，混煉能耗大。第五節(jié) 炭黑對(duì)橡膠加工性能的影響一、炭黑性質(zhì)對(duì)混煉（mixi 在吃炭黑過程中，膠料的包輥性下降；炭黑被吃進(jìn)去以后，可以改善包輥性。4. 炭黑對(duì)膠料包輥性的影響影響因素生膠性質(zhì)格林強(qiáng)度 高斷裂拉伸比 大最大松弛時(shí)間 長輥筒溫度Tg以上幾十度范圍內(nèi)包輥性好剪切速率提高，改善包輥性包輥性好 在吃炭黑過程中，膠料的包輥性下降；炭黑被吃進(jìn)去以4.二、炭黑對(duì)膠料自粘性（autohension）影響 高補(bǔ)強(qiáng)性炭黑能提高混煉膠的格林強(qiáng)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，膠料的自粘性好。 隨炭黑用量增大，膠料的自粘性先增大后下降。影響因素

34、分子鏈的活動(dòng)能力：擴(kuò)散和滲透斷鏈后自由基活性：接觸時(shí)再交聯(lián)生膠格林強(qiáng)度：剝離力二、炭黑對(duì)膠料自粘性（autohension）影響 三、炭黑性質(zhì)對(duì)壓延（calendering）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，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(shí)使用硬質(zhì)炭黑，炭黑的用量不要太多。四、炭黑性質(zhì)對(duì)壓出（extruding）的影響三、炭黑性質(zhì)對(duì)壓延（calendering）的影響 一般五、炭黑性質(zhì)對(duì)硫化（curin

35、g）的影響1.炭黑酸堿性（pH值）的影響pH值低，遲延硫化；pH值高，膠料易焦燒，硫化速度快。炭黑表面含氧基團(tuán)多，pH值低，硫化速度慢。2.炭黑結(jié)構(gòu)和粒徑的影響炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)高，易焦燒，硫化速度快。用量大，促進(jìn)焦燒，硫化速度變慢。五、炭黑性質(zhì)對(duì)硫化（curing）的影響1.炭黑酸堿性（pH第六節(jié) 炭黑對(duì)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(qiáng)度高；隨炭黑用量增大，拉伸強(qiáng)度先增后降。一、炭黑性質(zhì)對(duì)硫化膠一般技術(shù)性能的影響1、對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響第六節(jié) 炭黑對(duì)硫化膠性能的影響 炭黑粒徑小，表面活性大，2、對(duì)撕裂強(qiáng)度的影響 炭黑的粒徑小，撕裂強(qiáng)度高；粒徑相同時(shí)，對(duì)結(jié)晶性橡膠，結(jié)構(gòu)度低

36、的炭黑，撕裂強(qiáng)度高；對(duì)非結(jié)晶性橡膠，結(jié)構(gòu)度高的炭黑，撕裂強(qiáng)度高；隨炭黑用量增大，撕裂強(qiáng)度先增后降。2、對(duì)撕裂強(qiáng)度的影響 炭黑的粒徑小，撕裂強(qiáng)度高；粒3、對(duì)定伸應(yīng)力和硬度的影響 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(yīng)力和硬度高，其中以結(jié)構(gòu)度影響最大。 炭黑對(duì)膠料定伸應(yīng)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： FEF、HAF、EPC 純膠硬度+1/2炭黑份數(shù) ISAF 純膠硬度+1/2 炭黑份數(shù)+2 SRF 純膠硬度+1/3 炭黑份數(shù) FT、MT 純膠硬度+1/4 炭黑份數(shù)3、對(duì)定伸應(yīng)力和硬度的影響 炭黑粒徑小，4、對(duì)耐磨性的影響 粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面

37、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。 炭黑粒徑小，表面活性大，分散性好，膠料耐磨性好； 結(jié)構(gòu)度對(duì)耐磨性影響較復(fù)雜，說法不一。 炭黑的用量對(duì)膠料耐磨性存在一最佳用量。5、對(duì)彈性的影響 粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用量大，膠料的彈性差。其中炭黑用量影響最大。6、對(duì)拉斷伸長率的影響4、對(duì)耐磨性的影響 粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用7、對(duì)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。 炭黑對(duì)膠料耐熱性影響不是很大，隨炭黑用量增多，耐熱性稍有提高。 炭黑粒徑小，表面活性高，用量大，膠料的耐寒性變差。 炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，用量大，膠料導(dǎo)熱系數(shù)增大，

38、傳熱加快。8、對(duì)耐油性的影響7、對(duì)熱性能的影響炭黑粒徑小，表面活性高，用量大，膠料的耐油二炭黑的性質(zhì)對(duì)硫化橡膠動(dòng)態(tài)性能的影響1.對(duì)硫化膠動(dòng)態(tài)模量的影響 膠料中加入炭黑，膠料的儲(chǔ)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； 炭黑粒徑小、表面活性高、結(jié)構(gòu)度高，膠料的儲(chǔ)能模量（彈性模量）和損耗模量均增大。二炭黑的性質(zhì)對(duì)硫化橡膠動(dòng)態(tài)性能的影響1.對(duì)硫化膠動(dòng)態(tài)模量的 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； 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， 生熱大，阻尼性提高。2.對(duì)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，能提高膠料的耐疲勞

39、破壞性； 在應(yīng)力一定的疲勞條件下，炭黑用量增大，耐疲勞破壞性提高； 在應(yīng)變一定的疲勞條件下，炭黑用量增大，耐疲勞破壞性變差。3、對(duì)耐疲勞破壞性的影響 膠料中加入炭黑，膠料的損耗影子增大，且隨炭黑用量增三炭黑的性質(zhì)對(duì)硫化膠導(dǎo)電性的影響 炭黑填充膠會(huì)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、炭黑表面粗糙度、表面含氧基團(tuán)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(tuán)少，用量大，膠料的導(dǎo)電性提高。三炭黑的性質(zhì)對(duì)硫化膠導(dǎo)電性的影響 炭黑填充膠會(huì)使四、常用炭黑的性能特性：耐磨性能優(yōu)良，動(dòng)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)量工業(yè)橡膠制品及

40、高負(fù)載運(yùn)輸帶。1、N220炭黑 耐磨性及抗裂性高，與N110相比，定伸應(yīng)力較低、分散性較好。典型用途：補(bǔ)強(qiáng)型炭黑，用于輪胎胎面，高質(zhì)量工業(yè)橡 膠制品及高負(fù)載運(yùn)輸帶。2、N234炭黑四、常用炭黑的性能特性：耐磨性能優(yōu)良，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性高，回彈率特性：定伸應(yīng)力低，扯斷伸長率高，耐疲勞性能好，抗撕裂 強(qiáng)度大，生熱較低。典型用途：工程輪胎胎面，鋼絲帶束層膠料，運(yùn)輸帶，工業(yè) 密封件及制品。3、N326炭黑特性：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(shí)心輪胎，膠輥外層，膠管 表層，工業(yè)橡膠制品，轎車胎胎面。4、N330炭黑特性：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(yùn)

41、輸帶。5、N351炭黑特性：定伸應(yīng)力低，扯斷伸長率高，耐疲勞性能好，抗撕裂3、N3特性：同N339和N347相比，具有較高的補(bǔ)強(qiáng)性，模量較低， 滯后性較高。用途：轎車、卡車輪胎胎面，運(yùn)輸帶表層，工業(yè)橡膠制品。6、N375炭黑特性：同N550相比，補(bǔ)強(qiáng)性較低，結(jié)構(gòu)較低，較高的口型膨 脹，填充量較大。 用途：胎體和內(nèi)胎膠料，普通模壓及擠出應(yīng)用，單層防潮系統(tǒng) 制品。 7、N550炭黑特性：在半補(bǔ)強(qiáng)品種中具有最好的補(bǔ)強(qiáng)性能，非常好的擠出 性能，回彈率低。用途：胎體及內(nèi)胎膠料，膠管，擠出膠條，密封件及壓模等 工業(yè)橡膠制品。8、N660炭黑特性：同N339和N347相比，具有較高的補(bǔ)強(qiáng)性，模量較低，第七節(jié)

42、 炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理一、應(yīng)力軟化效應(yīng)（一）應(yīng)力軟化效應(yīng)的含義 試樣拉伸到一定長度（L）后除掉外力，在間隔較短的時(shí)間后再次拉伸到相同長度時(shí)，拉伸力小于第一次拉伸力的現(xiàn)象。第七節(jié) 炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理一、應(yīng)力軟化效應(yīng)（一）應(yīng)力軟化效（二）應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響因素1、膠種的影響TPI的應(yīng)力軟化及硬化現(xiàn)象（二）應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響因素1、膠種的影響TPI的應(yīng)力軟化及2、間隔時(shí)間的影響第一次與二次拉伸間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)力軟化的影響2、間隔時(shí)間的影響第一次與二次拉伸間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)力軟化的影響（三）應(yīng)力軟化的恢復(fù)3、填料品種的影響應(yīng)力軟化現(xiàn)象由弱到強(qiáng)的順序?yàn)椋汗杷猁}填料輕鈣納米碳酸鈣軟質(zhì)炭黑硬質(zhì)炭黑補(bǔ)強(qiáng)性高的炭黑應(yīng)力

43、軟化效應(yīng)嚴(yán)重。4、炭黑用量的影響炭黑用量增多，應(yīng)力軟化效應(yīng)增大。 第一次拉伸后停放較長時(shí)間（8小時(shí)）再進(jìn)行第二次拉伸，應(yīng)力軟化現(xiàn)象消失。（三）應(yīng)力軟化的恢復(fù)3、填料品種的影響應(yīng)力軟化現(xiàn)象由弱到強(qiáng)的二、炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理（一）弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說（二）Bueche的炭黑粒子與橡膠鏈的有限伸長學(xué)說（三）雙殼層模型理論（四）橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說二、炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理（一）弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說一、國內(nèi)外白炭黑發(fā)展概況 我國于1958年建成第一條白炭黑生產(chǎn)裝置（廣州化工廠），但產(chǎn)量有限，至80年代初年產(chǎn)量僅有2500噸左右。 進(jìn)入90年代，我國白炭黑獲得快速發(fā)展，企業(yè)增多，產(chǎn)能急劇增大。 到了2007年 ，我國沉淀法白炭黑

44、的產(chǎn)能為 80萬 t，產(chǎn)量為 63萬 t，居世界第一位 ，2001年2007年年均增長 18.2%。沉淀法 白炭黑 80%以上產(chǎn)自華東和中南地區(qū)，并集中在福建、山東 、湖南、江蘇4省。 第八節(jié) 白炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)一、國內(nèi)外白炭黑發(fā)展概況 我國于1958年建成2006年2007年國內(nèi)白炭黑生產(chǎn)情況2006年2007年國內(nèi)白炭黑生產(chǎn)情況2006年2007年國內(nèi)白炭黑生產(chǎn)情況（續(xù)表） 國內(nèi)沉淀法白炭黑的主要生產(chǎn)企業(yè)合計(jì)約28家 ，萬噸以上企業(yè)已達(dá) 26家。規(guī)模在 8萬 t以上的廠家有 3家，分別是無錫確成硅化學(xué)有限公司(原恒亨公司)、南平 嘉聯(lián)化工有 限公 司和株洲興隆化工實(shí)業(yè)公司。 2006年20

45、07年國內(nèi)白炭黑生產(chǎn)情況（續(xù)表） 2009年，我國共有白炭黑生產(chǎn)企業(yè)60多家，總產(chǎn)能約100萬噸，產(chǎn)量75萬噸，表觀消費(fèi)量74萬噸，產(chǎn)銷量居全球首位。 橡膠工業(yè)是白炭黑的主要消費(fèi)市場，占白炭黑消費(fèi)總量的74%。2009年，我國橡膠領(lǐng)域共消耗白炭黑55萬噸。其中，制鞋業(yè)消費(fèi)白炭黑35萬噸，占消費(fèi)總量的47%;輪胎市場消費(fèi)12萬噸，占消費(fèi)總量的16%;膠管、膠帶、電線電纜等領(lǐng)域消費(fèi)白炭黑8萬噸，占消費(fèi)總量的11%; 白炭黑在紡織、造紙、農(nóng)藥、食品添加劑以及消防滅火材料等非橡膠領(lǐng)域的消費(fèi)量合計(jì)約19萬噸，占消費(fèi)總量的26%。 2009年，我國共有白炭黑生產(chǎn)企業(yè)60多家， 2010年，全球白炭黑消費(fèi)量

46、將達(dá)到150萬噸，2015年將增至210萬噸。其中，2010年中國輪胎領(lǐng)域白炭黑市場消費(fèi)量將達(dá)15萬噸，2015年將激增至30萬噸，屆時(shí)，中國白炭黑產(chǎn)量將達(dá)120萬噸。白炭黑在輪胎中的使用比例 2010年，全球白炭黑消費(fèi)量將達(dá)到150萬噸二、白炭黑的制造方法及分級(jí)制造方法干法：SiCl4+4H2+2O2SiO2nH2O+4HCl 氣相法白炭黑濕法：Na4SiO4+4H2SO42Na2SO4+H4SiO4干燥粉碎SiO2nH20沉淀法白炭黑沉淀法白炭黑ASTM分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（m2/g）級(jí)別比表面積級(jí)別比表面積級(jí)別比表面積A190C136160E71105B160190D106135F70輪胎工業(yè)常用A

47、、B級(jí)產(chǎn)品 。比表面積為BET比表面積。二、白炭黑的制造方法及分級(jí)制造方法干法：SiCl4+4H2+三、白炭黑的性質(zhì)1、白炭黑的粒徑氣相法白炭黑粒徑817nm，比表面積190m2/g沉淀法白炭黑粒徑1728nm，比表面積70190m2/g指白炭黑原生粒子平均直徑，一般用比表面積反映。 白炭黑的粒徑小，比表面積大是其對(duì)橡膠產(chǎn)生補(bǔ)強(qiáng)作用的主要原因。三、白炭黑的性質(zhì)1、白炭黑的粒徑氣相法白炭黑粒徑817nm2、白炭黑的結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)：球形原生粒子。 氣相法白炭黑內(nèi)部結(jié)構(gòu)為排列緊密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硅酸； 沉淀法白炭黑的結(jié)構(gòu)為二維、三維結(jié)構(gòu)的硅酸。一次結(jié)構(gòu)：聚集體結(jié)構(gòu)（多個(gè)原生粒子聚集在一起）二次結(jié)構(gòu)：由聚

48、集體通過氫鍵吸附在一起的附聚體。微觀結(jié)構(gòu)一次結(jié)構(gòu)二次結(jié)構(gòu)2、白炭黑的結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)：球形原生粒子。一次結(jié)構(gòu)：聚集體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)度：白炭黑聚集體表面鏈枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度，即鏈枝 間的空隙體積。結(jié)構(gòu)度的測定方法：DBP吸油值法氣相法白炭黑DBP吸油值1.60ml/g以上；沉淀法白炭黑DBP吸油值1.52ml/g以上。白炭黑的結(jié)構(gòu)度均比較高，屬于高結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)度：白炭黑聚集體表面鏈枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度，即鏈枝結(jié)構(gòu)度的3、表面基團(tuán)白炭黑表面基團(tuán)模型圖 3、表面基團(tuán)白炭黑表面基團(tuán)模型圖 未形成氫鍵的隔離羥基白炭黑表面OH類型：形成氫鍵的隔離羥基 形成氫鍵的相鄰羥基 與水形成氫鍵的相鄰羥基 雙羥基未形成氫鍵的隔離羥

49、基白炭黑表面OH類型：形成氫鍵的隔離羥基 氣相法白炭黑表面的羥基數(shù)量：3.5個(gè)/nm2沉淀法白炭黑表面的羥基數(shù)量：8.0個(gè)/nm2比表面積為200m2/g的白炭黑表面羥基數(shù)量約1021個(gè)/g白炭黑表面羥基數(shù)量對(duì)其吸水性、分散性產(chǎn)生重要影響。羥基的化學(xué)反應(yīng)性：與醇羥基活性相當(dāng)脫水縮合反應(yīng)：水解反應(yīng)：與酰氯反應(yīng)：氣相法白炭黑表面的羥基數(shù)量：3.5個(gè)/nm2沉淀法白炭黑表面 白炭黑表面有很強(qiáng)的化學(xué)吸附活性。 吸附空氣中的水分（形成氫鍵） 吸附膠料中含氮的小分子化合物（形成氫鍵）如胺類助劑 導(dǎo)致制品產(chǎn)生氣泡，硫化速度變慢。吸附適量的水，有利 于白炭黑的分散。4白炭黑表面的吸附作用5、白炭黑的酸堿性氣相

50、法白炭黑一般呈酸性沉淀法白炭黑呈酸性或呈堿性 ，一般pH值在58 。堿性加快硫化速度，酸性使硫化速度變慢。 白炭黑表面有很強(qiáng)的化學(xué)吸附活性。4白炭黑表面的吸附作6、加熱減量和灼燒減量加熱減量：105加熱減量主要是水分（或有極少量的熔 點(diǎn)揮發(fā)物） ，標(biāo)準(zhǔn)加熱減量為48% 灼燒減量：900的條件下灼燒2小時(shí)后質(zhì)量損失，反映白 炭黑中可分解物質(zhì)和揮發(fā)物的總量。7、可溶性重金屬離子含量可溶性Fe：250ppm可溶性Mn：5.0ppm可溶性Cu：5.0ppm超標(biāo)會(huì)加速橡膠老化。6、加熱減量和灼燒減量加熱減量：105加熱減量主要是水分（名稱：沉淀法白炭黑成分：無定形二氧化硅SiO2。nH2O說明：白色細(xì)粒

51、。它是由硅酸鈉和硫酸之間反應(yīng)所得比重：2.00g/cm3(說明值)等級(jí)性能項(xiàng)目指標(biāo)C外觀同認(rèn)可樣品CSiO2含量/%87M灼燒減量/%11MpH值5.57.0M表面積（m2/g）17515N加熱減量（105）/ %47M在水中可溶鹽/%2.5N可溶性Fe /ppm250N可溶性Mn /ppm5.0N可溶性Cu /ppm5.0標(biāo)準(zhǔn)配方膠料性能ISO5794/2M500%定伸應(yīng)力（15015）/a5.58.0M扯斷強(qiáng)度（15015）/a16.0M扯斷伸長率（15015）/%700應(yīng)用環(huán)境試片白炭黑（B級(jí)）原材料標(biāo)準(zhǔn) 名稱：沉淀法白炭黑成分：無定形二氧化硅SiO2。nH2O說明四、白炭黑對(duì)膠料工藝性能的影響1、對(duì)混煉的影響難吃料：無機(jī)親水材料，與橡膠濕潤性差； 堆積密度小，體積大，易飛揚(yáng)。難分散：無機(jī)親水材料，與橡膠相容性差； 粒子間形成氫鍵，吸附性強(qiáng)。 膠料需要分段（二段或三段）混煉生熱大：受剪切時(shí)摩擦阻力大，氫鍵破壞能量釋放大 混煉