补强、填充剂性能对比及选择指南-理论与实战

纳米郎

补强、填充剂性能对比及选择宝典—从理论角度分析和判断


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橡胶工业离不开众多的填充剂、补强剂，也看到了大家很多的关注。作为橡胶网版主，尤其是吃材料饭的人，我给大家谈谈我们研究的一些心得和结论，供大家再日常工作中，从理论层面上，在对比和选择材料上，有一个“俯视效果”，从而能从根本机理上来选择材料

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从材料本身角度来看，决定材料性能的影响因素有那些

大家选择材料，不论陶土、碳酸钙、白炭黑、炭黑………..等等，大家都有一个模糊的概念，什么东西补强好，什么东西补强不好只能做填充等等，都是依据已经形成的概念或者经验来判别的，那么从内在来看，什么因素决定了你这个材料在橡胶中性能高低呢？

. R* ^+ m4 R8 D从理论而言，应该三方面因素
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+ D3 ~+ y/ W0 Q& V1 l粒度（比表面积）
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微观结构

表面特性
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, P. R% V7 {# E0 H5 ^# C7 I/ ?一个材料的性能好坏，与这三个因素密不可分

6 I* @+ j, q8 R2 ^/ F) d3 {其中，粒度是头一位的。这也是为什么炭黑和白炭黑补强要远比大家用的陶土，碳酸钙要强的根本原因。当然大家的要明白，炭黑和白炭黑本身就是纳米材料，纳米材料也不是什么神秘的东西，只是在粒度上更有优势的材料而已。

大家用炭黑，白炭黑的粒度很细，但是单一从粒度来指标来衡量一个材料的并不科学，因此，衡量一个材料的细度，需要引进另外一个指标，就是比表面积。一般用BET，同样只用比表面积一样不科学，两者要结合起来衡量。
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  e& r- ^3 u% Z2 y; @1 v; H- U自然界最细的是材料是什么呢？是白炭黑，而不是大家想的炭黑，那为什么一般的炭黑性能还比最细的白炭黑强呢？这个后续在谈。

当然大家还有谈到，我们现实中为什么同样粒度材料，比如，都是1250目的碳酸钙和陶土，为什么后者的强度要远高于前者呢？

那么这就牵扯到第二个情况了
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微观结构

微观的结构，主要是指，粉体分散在橡胶中的单个颗粒的分布形态，比如硅酸盐和碳酸盐就有很大的差别。硅酸盐类代表如陶土，为片层状结构，结构度在20以上，碳酸钙为碳酸盐代表，结构度低，只有5，而且碳酸钙产品良莠不齐，各种形态都有。不规则的形态，影响颗粒在橡胶中的规则排列，进而又影响到聚集和聚结的分散与分布。因此对于材料性能有影响。
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2 u- K- Q" s1 O1 M5 m8 [当然又有人说了，一般认为炭黑原生是球体，从结构度来看，起结构度最低，为啥性能又最好呢？ 这个就和炭黑的二次结构有关。事实而言，炭黑在橡胶中的分散是以聚结体形式存在，6-10个原生颗粒形成不可分割的链条状结构，这个结构不可再细分，因此为结构体；起结构度还是可以的。

这个可能和大家所了解的不一样，其中也夹杂了我个人的一些看法，仅供大家参考。

' `! F% k: [2 u3 D* q6 ^% M  ~我们考虑一些颗粒在材料中的分散，要以聚结体来衡量。
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$ j1 J5 a% q8 U6 b$ ?$ s3 X而一些微观结构差异，也会多众多性能，不仅仅再补强上，在加工等各方面性能都有影响。
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表面特性

* Q1 d4 S. @# s大家都了解“相似相荣”的基本原来，材料在多组分的体系中，各种表面特性的材料，在同一体系中，性能各不相同，衡量表面特性主要从“极性”和“非极性”来考虑。一般而言高分子类材料为非极性材料；而恰好大家用的填料都是极性的。两种表面特性不一样的材料，在同一体系中，影响了相容性与分散性。因此，很多填料的应用性能和这个很有关系，因此大家使用前为了提高性能，都要对填料进行处理或者在配方中加入一些硅烷之类材料或者选择活性的材料。
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当然这个里面有一个例外，就是炭黑，一般使用炭黑中，并不需要对炭黑进行表面处理，炭黑结构体在橡胶中的分散与其他材料不同。炭黑是填料中，唯一一个表面呈现非极性的材料（事实上是极性很弱），而再加上炭黑生产过程和表面特性，其表面活性基团比较少，因此炭黑与橡胶的结合与大多数填料并不相同，以物理结合为主。而其他填料，尤其是活性填料，是采用偶联剂，与橡胶产生化学结合为主。
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. |6 e2 d/ c- G9 R+ ~/ f& r综合

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% @9 E! e$ z! x. Q6 o. H前面从机理上给大家介绍了一些材料性能的基础，当然影响性能的并非仅仅如我所说的这些。这个理论国外提到过。国内呢要说明一下，这应该是北京化工大学一个先进弹性体研究中心，最先系统整理和归纳的理论。我在这里抛砖引玉，要多理论出处给予说明。
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实战
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理论讲解完毕，接下来对大家常用的和有争论的一些材料，做一个说明。
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" |3 J9 y3 j" c+ X9 O2 {论坛中有个帖子叫：陶土和碳酸钙哪个补强性能稍好些？

2 I8 W* S6 q: b. u  j+ q我针对性就这个帖子里给予说明：
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1，
- p3 g+ a. ?6 P" Z% M& `炭黑比白炭黑强（笼统讲），但是炭黑和硅烷处理后白炭黑相比差不多。（影响因素第三方面）
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2，
陶土比碳酸钙强（笼统讲），第二因素。

4 p" c. x5 q# n, C4 d* C3，
3 J. {! o% I: e9 G8 o活性的比非活性的强，第三因素
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( l1 F% \+ Z: J0 q5 P$ Q. _* `4，
  m6 T5 O0 A6 z. q! k7 N3 ]纳米钙比普通钙强，第一因素
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5，
5 u) h$ @- d3 X5 `7 ?" D纳米钙与活性陶土差不多，第二因素（纳米钙水平差别很大，比如日本白艳华就强于国内产品）

6，
* I1 g$ y' z$ q) t, N1 ]硬质陶土比软质陶土强，第三因素。（这点一般人不理解，两者性能差别不在于所谓粒度，其实两者要想做的都有很细粒度,同样粒度下，硬质一般优于软质）
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7，
煅烧陶土算一个特殊的情况，活性不好处理的这个东西，表面活性基团烧光了，适合用于绝缘领域，填充不用。
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8，
国内产品，不错。诸如有网友提到的N85之类。不过价格是否有些贵了？国内做填料的人，都把填料当矿产来做，真正潜心做矿物材料的学者和企业不多。当然，涉嫌做广告，我老师还是一生就搞矿物和纳米材料的人。我就有能够代替国外特种材料的产品。


+ q2 l' a5 w4 [8 H& B9 |写了半天，自我介绍下本人也搞材料的，公司是以转化我老师技术为主，专业以做特种矿物材料、纳米材料主的企业。
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对于大家关心的，我有一些不错的产品与技术，可以协助大家解决生产和应用中的问题。
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目前我们的主打萨博菲Superfil系列特种纳米矿物材料，有针对高补强到代替特种材料的各种产品，也不多说，橡胶工业上有我产品的广告。
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! M3 h  v4 K: A3 o; D大家再材料，尤其是填料方面有什么问题，也可以联系我，交流交流，沟通沟通
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我们坚信:为客户提供的特种材料,不仅仅是为客户提供新的技术解决途径,也凝结着我们为客户提供服务的愿望与决心. 我们期望同客户成为共同发展的朋友与伙伴,竭诚为客户提供令人满意的产品与服务!

海牛云

酒香不怕巷子深的年代已经很远了，

纳米郎

是啊，留个QQ 504866024 号码不算广告吧，多交流了 在技术上

labs

文章是不错。但是广告气氛太浓厚了。
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+ l' n& i" A" [, F4 d/ E! z只要真心帮助人，不愁没有朋友帮助楼主的。

kongz217

材料真的很不错，谢谢分享！

纳米郎

这个东西，乃是好文章啊，内行看门道，外行看热闹，想做内行的人看看，对你们帮助应该是很大的，新年奉献啊。看的人少，不识货吗？自己顶一下。

bingmingxy

好文章，拜读了，谢谢了

hegz73

楼主怎么联系你,你上面写的很乱呀,做广告也要把你的联系方式写的详细点!

纳米郎

是这样的，咱们这里是不允许做广告的，因此我一般只留个QQ（504866024）号，对于感兴趣的，再继续交流

发的文章，以技术交流为主要目的，至于广告不是主要目的啊
+ H# l, X- ^  _0 b呵呵
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fzh517242719

能解答一下为什么陶土比碳酸钙的补强效果好吗？谢谢