橡胶工艺原理之三（橡胶的补强与填充体系）

清高

橡胶的补强与填充体系
        A，碳黑，按生产方法可分为五大类1.槽法碳黑又称瓦斯碳黑。槽法碳黑赋于橡胶良好的强伸性能、抗撕裂性能和抗切割性能。2.油基炉法碳黑，适用于合成橡胶的应用。3.瓦斯炉法碳黑，这种碳黑多属于软质碳黑，补强性较低。4.热裂法碳黑这是以天然气为原料的一个老品种，主要分为细粒子和中粒子热裂法碳黑。5.其它碳黑如乙炔碳黑、具有高导电性。近年来出现的新工艺碳黑具有良好的补强性能，且有优异的加工性能。压出表面光滑，收缩率小，具有粒经小、分布窄、结构度高、比表面积低、粗糙度小等优点。碳黑颗粒聚集体形态因素特别均匀，从而赋予炭黑一系裂优越性质。
! R: u1 h" |7 z  G        一，碳黑对橡胶的补强作用取决于炭黑的性质，如粒子大小，聚焦体形态以及粒子的表面化学性质等。并非只是依赖于炭黑的某一性质，而是炭黑各种基本性质共同作用的结果。碳黑粒径是炭黑补强作用的重要因素。碳黑越细补强性能越优越。工业上确定高耐磨炉黑HAF为标准，比表面积为80平方米/克，相对补强性为100，其它碳黑或高于或低于100，实验表明，比表面积大于50平方米时，才表现出较好的补强性。碳黑粒径在50微米以下时，也即与硫化橡胶交联点间，链段长度有相同数量级时，才能表现出较好的补强较果。碳黑粒子的比表面积在150—200平方米每克时粒径远小于交联点间的链段长度，此时橡胶分子链段能充分吸附在碳黑粒子的表面，两者牢固地结合在一起。炭黑比表面积对橡胶的炭黑凝胶生成量有显著的影响，比表面积大，凝胶生成量越多，凝胶生成量是炭黑补强性好坏的重要标志。因为炭黑的凝胶是橡胶与碳黑的结合物，它有助于形成炭黑的补强结构。碳黑粒径对硫化橡胶物理机械性能有明显的影响，如，粒径对天然和丁苯的硫化胶的强伸性能影响，抗张强度随粒径的减小而增大，定伸强度亦随粒径的减小而增大，但至某一程度变为定值，伸长率随粒径的减少而下降，降至某程度趋于定值。碳黑粒径对硫化胶的耐磨性、回弹性、硬度及永久性压缩变形等也有明显的影响，实验表明炭黑粒径越小，硫化胶的耐磨性能越好，而与碳黑的品种关系不大。粒径小时会增大硫化胶的生热和滞后损失且表现出有较小的回弹性。增大粒径，撕裂强度降低。碳黑粒径对硫化胶硬度也有明显的影响，硬度随比表面积的增大而上升。但增大到一定数值后硬度就不再变化了。定伸强度、伸长率、硬度、撕裂强度等性能随比表面积的变化，都表现出明显的转折点。
% [6 `: H' h( X/ B& y        二，碳黑结构度对补强性的影响，碳黑结构度对硫化橡胶的补强性有着重要的影响，与硫化橡胶的定伸强度有明显的相关性。不同结构度的碳黑制得相同补强效果的硫化胶，所需炭黑的用量不同，炭黑结构程度高者，其用量可相对降低，这主要是碳黑补强作用与炭黑的颗粒聚集体的包容体积有直接关系。结构度对定伸强度影响最为突出，在相同粒径下，结构度越高，定伸强度越大。提高碳黑的结构度可降低伸长率，提高抗张强度和硬度，特别是可提高耐磨性。
4 T% H3 J- D! E: v1 R/ J        碳黑结构度对硫化胶动态性能也有影响，相同的疲劳条件下，高结构炭黑可提高硫化胶的滞后损失和生热性。但在相同的形变负荷下，因定伸强度较大，形变能力较小，又会降低滞后损失和生热性。
8 d) W% {' w1 @+ b        碳黑结构度对结晶性橡胶或非结晶性橡胶的补强性能影响不同。高结构炭黑对非结晶性橡胶的抗张强度或撕裂强度影响，较结晶性橡胶显著得多。反之，低结构炭黑对结晶性橡胶的抗张强度或撕裂强度及补强效果高于非结晶性橡胶。
        碳黑结构度对硫化橡胶的导电性能影响很大，结构越高导电性能越强，如乙炔炭黑具有较高的结构度，赋予硫化胶最大的导电性能。
        三，炭黑粒子表面性质和表面状态对补强性的影响。
. X9 u9 e' R# G% O& p        炭黑粒子的表面化学性质、粒子表面的粗糙程度及碳黑的结晶状态，对补强作用有一定的影响。炭黑表面的醌基团或氢醌基团，在碳黑的混练及硫化过程中，能够与链烯烃类橡胶发生化学反应，表现出补强效果。
        四，炭黑变量对补强效性的影响
) ^2 b9 g# D7 @        橡胶中炭黑的填入量会显著影响硫化橡胶的物理机械性能。实践证明，硬度、定伸强度和生热性随着炭黑的增量出现单调地增大。回弹率、伸长率等出现单调地下降。抗张强度、撕裂强度、耐磨性随着碳黑的增量出现最大值，补强性越好，出现最大值越明显。随着炭黑的用量增量，硫化橡胶耐磨耗性初时有显著地增强，增大到最大数值后，炭黑再增量，耐磨性不再明显变化。当橡胶中炭黑的总比表面积相等时，较大粒子的碳黑有较好的耐磨性，而粒子较小的有较小的耐磨性，这是与炭黑在橡胶中的分散有关，炭黑粒径越小，分散性越差，从而降低了耐磨性。
  x, Q* B# `! ?, y) B1 S; S+ e! ]4 V6 S        炭黑的用量对硫化橡胶的导电性也有显著的影响，用量增高时会使硫化胶的电阻率显著下降。
        五，炭黑与橡胶的工艺性能，
        炭黑的基本性质与对碳黑胶料的混练的影响十分显著，由于炭黑的性质不同，炭黑的混入速度、分散效果也不相同，并使各种炭黑具有不同的门尼粘度。炭黑在橡胶中的吃粉速度与粒径、结构度都有密切的关系，粒径越小、结构越高，所需的混入时间越长。粒径过小、结构度低的炭黑，分散作用亦差，混练的时间亦长。槽法炭黑比高耐磨炭黑分散效果差，两者粒径相差不大，原因是槽法炭黑的结构度较低。
        将碳黑混练胶置于溶剂中，有部分不能溶解的胶粒，是炭黑与橡胶的结合体称为炭黑凝胶或称为结合橡胶。炭黑凝胶的生成量与炭黑种类、用量、橡胶品种以及混练的条件有关。炭黑凝胶的生成量是衡量炭黑对橡胶补强效果的重要尺度。凝胶是橡胶大分子断裂后与碳黑结合，夺取炭黑的氢原子，生成橡胶与炭黑的结合体的化学结合及相互吸附的物理结合。通过化学和物理的结合形成了类似网构结合体。炭黑的粒径与结构度对形成凝胶的能力有明显的影响，其中结构度的影响更大。粒径愈小、结构度愈高，就愈易形成凝胶。比高耐磨粒径还小的炭黑更易产生凝胶。在不饱和度低的橡胶中更为显著。凝胶生成量随橡胶种类而异，天然胶、丁苯胶、丁睛及氯丁橡胶生成的凝胶量远多于丁苯、顺丁橡胶。丁基、乙丙的不饱和度很低几乎不能生成炭黑凝胶。练胶的温度与炭黑凝胶生成量也有很大的关系，高温时会促进凝胶的生成，混练后放置过程中，炭黑凝胶还可在胶料中继续形成，放置温度愈高，凝胶的含量增加愈快。胶料的门尼粘度与橡胶加工工艺的关系很大，高门尼粘度的胶料常给加工过程带来困难。炭黑胶料的粘度变化与炭黑凝胶有直接的关系，炭黑胶料中的凝胶愈大，胶料的门尼粘度愈高。炭黑粒径愈细、结构愈高、用量愈多，胶料的粘度也愈高。原因是这些因素会促进凝胶生成。
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xuxueli80514

哈哈，系统升级了，回帖字数也有限制了啊，适应一下

316492359

对
+ P( P" q6 c4 L1 z$ D$ b- Q6 B适应下
2 d* e6 n, y% f% J( a3 T; G适者生存嘛
) l4 G+ P  J9 X8 w8 G" x呵呵

banbijiangshan

谢谢版主，辛苦了，学习了，

纳米郎

学习一下哈
限制灌水了 要适应

zhengjunxian

........................................

nk802395

谢谢楼主学习…学习.......

haoweigang

谢谢楼主
看看学习下

xxy812

学习一下，
看看下面的

karminyon

找到之三了，其它的应该也能找到，谢谢LZ!