中粒子热裂解法炭黑N990在橡胶中的应用（二）

CURC_Thermax

Thermax N990在EPDM中的应用

Thermax中粒子热裂解法炭黑N990通过天然气热裂解制造。热裂解工艺使N990具有大粒径低结构的独特的性能。Thermax广泛应用于需要良好分散、耐热、耐油和耐化学性、具有良好动态性能的制品中。大粒径和低结构在保证橡胶固有的弹性的同时，降低其压缩永久变形、粘度，提高回弹性。作为一种非补强炭黑，其通常与炉法炭黑和/或矿质填料混合使用达到降低成本和提升橡胶特定性能的目的。
, i  ]: b9 {6 |! _* c5 }Thermax可以被用于所有的高聚物中，通常应用于FKM、CR、NR、IIR、NBR、EPDM、HNBR、ACM和ECO胶料中。大量填充Thermax炭黑可以使胶料得到低粘度和例如低压缩永久变形等物理性能，从而帮助生产厂家降低成本。
Thermax N990独特的物理性能和表面化学惰性使其与EPDM有优异的化学相容性，使得其在EPDM可以大量填充并且分散好，EPDM挤出制品有良好的表面性能。 Thermax Ｎ990炭黑为EPDM提供良好的耐油耐化学性能，从而改善胶料的耐老化性能。
Thermax　N990应用在EPDM中的优势
胶料增容——节约成本并改善老化性能
优异的制成品表面——源自于最少的硬粒子和良好的分散性
低粘度胶料——有利于模压接角和复杂形状的制品成型
3 f8 w6 I8 p+ N0 h' ?哑光表面——来自于甲烷气原料和热裂解工艺
) k* a. u1 @+ {  v, P! w低压缩永久变形率和优异的动态性能
6 N4 J5 E* i! C+ g% |; H0 w优异的分散性保证挤出和均匀硫化过程中的连续热传导
  ?% z9 v) y8 ~, ]4 E8 B  D# @应用
填充了Thermax N990的EPDM可以应用在以下制品中：
－挤出门窗密封条－海绵和实芯密封条
. ^8 w: C5 `! ?6 t) a. c8 Q－胶管、软管
－隔膜，汽车防尘罩，模压制品，止水带
—发动机支座、减震件
- ~' z0 a5 c. h- j6 `# z5 _—屋顶材料
/ S+ X9 r6 |7 o6 b  Y1 c4 ^—胶辊
' G: z4 G$ i( |/ K—电缆绝缘层
2 j" X# K- |! g2 u不同种类炭黑对相同硬度EPDM影响
; w+ \1 z- G9 g下表说明相同硬度的EPDM胶料填充进四种不同的标准炭黑的效果。如表所示，Thermax N990炭黑可以比N550炭黑填充多一倍以上，同时还可以保证胶料较低的门尼粘度。
6 Q  z, R( M8 T/ ]7 W

表1: 不同种类炭黑对相同硬度EPDM胶料的影响
(20 phr paraffinic oil)

1 T# s% x0 V' U; `5 aType of Carbon Black	MT – N990	SRF – N774	FEF – N550	HAF – N330
phr	130	85	60	50
门尼粘度, ML, 1 + 4 @ 100°C	76	80	84	84
硬度	66	67	65	62
300%定伸模量, MPa	3.4	8.4	9.3	9.1
拉伸模量, MPa	5.3	11.2	13.8	19.3
拉伸伸长率 (%)	520	420	430	460
撕裂强度, Die B, kN/m	19	29	32	28

来源: Dupont Dow, Cured 20 minutes @ 160°C,配方: Nordel 1070 – 100, Zinc Oxide –5, Stearic Acid – 1, Paraffinic Oil – 20, MBT – 0.5, TMTM – 1.5, Sulphur – 1.5

高填充EPDM胶料
) f/ E/ C; ?6 `7 c4 k下表说明增加填充N990对EPDM胶料的影响

表 2:  填充Thermax® N990对EPDM影响 (40 phr oil)

# ^5 Q4 V6 @8 ]Formulation
Nordel 1070	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0
Thermax® N990	80.0	100.0	150.0	200.0	250.0
Stearic Acid	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
Zinc Oxide	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0
Circosol 4240	40.0	40.0	40.0	40.0	40.0
TMTM	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
MBT	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
Sulphur	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
胶料性质
粘度, ML 1 + 4 @ 100°C	46	48	61	74	90
门尼焦烧时间, t5 @ 121°C	>30	>30	29	26	24
流变性, 166°C, 3°C arc, 1.7 Hz, 0 预热
MH	52.0	54.0	61.9	69.2	77.0
ML	9.0	9.4	11.2	13.0	15.1
Tc50	7.2	6.8	6.3	5.8	5.6
Tc90	13.3	12.8	12.6	12.3	12.2
Ts1	3.6	3.4	3.0	2.8	2.6
硫化性能
硫化时间, tc90 + 5 minutes @ 166°C	18	18	18	17	17
硬度	51	52	61	69	70
100% 定伸模量, MPa	1.2	1.3	2.1	3.0	4.3
200% 定伸模量, MPa	2.0	2.2	3.5	4.6	5.6
300% 定伸模量, MPa	2.7	3.0	4.2	5.0	-
拉伸强度, MPa	6.2	7.4	7.6	5.7	5.3
极限拉伸伸长率 (%)	610	640	620	515	285
撕裂强度, Die C, kN/m	15.5	19.0	24.8	30.4	27.3
永久压缩形变, Method B, 70 hours @ 100°C, cured + 15 minutes
永久压缩形变 (%)	12.5	12.1	11.2	12.8	11.3
Zwick Rebound, 硫化 + 20 minutes, % 回弹
@ 0°C	56	53	48	40	33
@ RT	63	60	52	46	39
@ 100°C	68	67	62	59	54
Aged in Air, 168 hours @ 150°C
硬度, pts 变化量	14	23	26	22	25
拉伸强度, % 变化量	18	3	8	65	83
拉伸伸长率, % 变化量	-61	-69	-85	-89	-88
动态性能, MER 1100, 5% 静态形变, 2% 动态形变
Tan Delta @ 0°C	0.146	0.172	0.219	0.267	0.329
Tan Delta @ 25°C	0.122	0.141	0.186	0.245	0.293
Tan Delta @ 100°C	0.080	0.099	0.129	0.167	0.209

Thermax N990在EPDM中的导电性
Thermax N990具有大粒径和粒子低聚集度性质。这些独特的性质导致N990炭黑具有最低的导电性。因此N990用于需要体积电阻率高的制品，如散热器软管、门窗密封条和油封。表3显示4中炭黑的干燥电导率。

表 3: 炭黑电阻 (ohms), 已修正, 3个样品平均值

Grams	N990	N762	N650	N550
10,000	1.1393	.2881	.5371	.3987
15,000	.8170	.2197	.4010	.2848
20,000	.6347	.1692	.3230	.2248
25,000	.5257	.1367	.2550	.1962
30,000	.4541	.1106	.2197	.1683

相比于其他炭黑，N990炭黑表现出更高的干燥电阻率。这是由于其粒子的低聚集度防止电子在粒子之间传导。N650和N550的电阻率明显低于N990这是因为这些炭黑的高结构导致粒子聚集成链状结构。而N762的电导率最低尽管它的粒子聚集度低于N650和N550，这是不正常的现象。
应该说明这里炭黑的干燥而不是体积电阻率。因此结果炭黑电阻率的层级说明炭黑填充弹性体后的性能。需要注意橡胶胶料中炭黑的性能取决于胶料胶种和硫化性能，分散度，油含量和其他因素对最终电导率的影响。
EPDM胶料体积电阻率评测
3 o; X" _- z9 [" _测试含有N990、N762、N650和N550的EPDM胶料。Royalene 525被选为实验胶种，该橡胶通常应用于汽车挤出制品。配方为EPDM测试标准配方，具体如下：
EPDM 测试配方
# P  `+ p' k; d( m8 VRoyalene 525 100.00
8 K; V) r$ z0 `  c: i1 CZinc Oxide 5.00
$ k- J) B& L7 `Stearic Acid 1.00
ASTM Type 103 oil 50.00
- c- ^2 f4 R8 N# bCarbon Black 50.00 (
Accelerator MBT 0.50
  _+ _1 f# I' G' ]' kAccelerator TMTD 1.00
Sulphur 1.50
$ F, a  o. B0 ~& t  [Total 209.00
对于N990炭黑，填充量被设定为75phr，而其他三种炭黑则被设定为50phr。这是因为N990的高填充性和非补强性。这是对比N990与小粒径炭黑的性质通常的测试。（ASTM3192 推荐用75phrN990和50phr其他炭黑对天然胶进行测试）
7 u+ n$ h+ G" q( {" J' i胶料性能
混有不同种类炭黑的性能见表4。含有N990炭黑和N762炭黑的两组胶料具有低粘度，低强度和拉伸强度。N650和N550则具有高粘度，硬度和拉伸强度。
; N1 c3 h5 l2 [" `表 4: 胶料性质
; k) R- {8 y8 s+ r

	N990 – 75 phr	N762	N650	N550
门尼粘度
初始值	32.0	26.0	35.8	37.5
粘度 @ 4 minutes	19.3	15.3	21.1	16.9
硫化时间, t90, minutes	14.13	11.67	10.96	11.79
门尼焦烧时间, t5, minutes	29.64	28.46	25.80	25.47
硬度	46	48	54	54
拉伸强度, MPa	3.9	3.65	8.2	5.86
100% 定伸模量, MPa	1.0	1.37	2.0	2.06
扯断伸长率 (%)	429	230	346	260

胶料体积电阻测试
ASTM D991是测量橡胶性质的标准方法。体积电导率和抗静电产品。但是混有N990的胶料由于N990炭黑电阻不能采取这种方法。体积电导因此采用ASTM D257直流电阻或绝缘材料导电性的测量方法。含有炉法炭黑的胶料虽然可以被ASTM D991方法测量电阻，但也采用D257方法测量。
* }! g& }0 z; a4 H/ }1 P6 j

表 5: 胶料电阻

Compound ID	电压, VDC	Current, Amperes	电阻, ohm.cm
N990 – 75 phr	501.1	3.27 x 10 ⁿ，n=-11	4.05 x 10 ⁿ，n=15
N762	500.1	1.83 x 10 ⁿ，n=-4	7.14 x 10 ⁿ，n=8
N650	500.0	2.31 x 10 ⁿ，n=-3	5.62 x 10 ⁿ，n=7
N550	7.55*	1.99 x 10 ⁿ，n=-3	9.75 x 10 ⁿ，n=5

*由于N550的电阻低，最佳电压从ASTM D257中规定的500VDC降低到7.55VDC。
如表5所示，含有75phr的胶料具有最高的体积电阻率。含有N550的胶料由于炭黑粒径小结构高而具有最低的体积电阻率。参考混有N990和N650的胶料的数值，含有N762胶料的数值也是正常的。结果说明大量填充的大粒径低结构的炭黑可以节约成本和补强同时保证电阻率。在通常应用中，N990 常常与补强炭黑混合使用从而使制品同时获得综合优化的补强和电阻性能。
: ]+ ]4 K* T& N1 k
高填充EPDM密封条胶料
- C! Z7 C. |3 C, `% S热裂解法炭黑不能明显补强EPDM，因此可以被大量填充从而达到降低成本和提高耐老化性的作用。下表是大量填充N990的EPDM密封条的举例：
8 \2 v# k- F% |  D6 x& `2 E

Vistalon 3708	100.00
Thermax® N990	100.00
N550 FEF Carbon Black	100.00
N774 SRF Carbon Black	30.00
Flexon 580 Oil	115.00
Paraffin Wax	3.00
Zinc Oxide	5.00
Stearic Acid	1.00
Sulphur	1.50
MBT	1.50
TMTD	4.00
总计	461.00
比重	1.23
门尼粘度, ML 1 + 8 @ 100°C	32
门尼焦烧时间, t3 @ 132°C	13
硫化性质, 30 minutes @ 160°C
硬度, Shore A	72
100%定伸模量, MPa	4.5
拉伸强度, MPa	10.3
极限拉伸伸长率 (%)	330
永久压缩变形率, Method B, 22 hours @ 66°C, 硫化35 minutes
(%)	22