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炭黑的性能影响橡胶的性能

文章出处:未知 人气:-发表时间:2020-11-19 10:07

炭黑的性能对橡胶的性能都有哪些影响?
(1)炭黑的化学活性与橡胶性能的关系  炭黑的化学活性对补强性能具有重要作用。实验证明,化学活性大的炭黑,其补强作用大;而化学活性低的炭黑(如石墨化炭黑),其补强作用就非常之小。这是因为,化学活性大的炭黑,表面上的活性点多,在炼胶与硫化过程中与橡胶分子反应形成的网状结构(结合橡胶)数量多。而这种炭黑与橡胶形成的网状结构,赋予硫化胶以强度。因此,炭黑的化学活性是构成补强性能的最基本因素,称为影响炭黑补强性能的因素(或强度因素〉。 
    炭黑的化学活性越大,混炼时生成的结合橡胶数量越多,从而使胶料的门尼粘度提高,压出时口型膨胀率和半成品收缩率加大,压出速度减慢。而硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等越高。 
    经研究,在炭黑表面的活性点中,含氧官能团对不饱和橡胶的补强作用极微,这也是近代发展炉法炭黑而较少采用槽法炭黑的原因之一。但含氧官能团对饱和度高的橡胶(如丁基橡胶)的补强功能则有较大作用。 
    (2)炭黑的粒径与橡胶性能的关系  既然炭黑的活性点存在于炭黑的表面上,因此炭黑粒子越小,比表面积就越大,相同质量炭黑的活性点也越多,这就能更好地发挥炭黑对橡胶的化  学结合和物理吸附作用,从而提高了补强 效应。所以,炭黑的粒径是影响炭黑补强性能的第二个因素,即广度因素。 
    炭黑的粒径越小,硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、耐磨性、硬度越高,耐屈挠龟裂性越好,回弹性和扯断伸长率减小。但粒径过小,会因粒子间聚凝力大,易结团,而导致混炼时分散困难,并使可塑性下降,压出性能降低。 
    (3)炭黑的结构性与橡胶性能的关系  炭黑的结构性是影响炭黑补强性能的第三因素,即形状因素。这是因为,结构性高的炭黑,其聚熔体形态复杂,枝杈多,内部空隙大,当与橡胶混合后,形成的吸留橡胶(或称包容橡胶)多。由于炭黑聚熔体能阻碍被吸留的橡胶分子链变形,因而对硫化胶的定伸应力、硬度等性能的提高有显著作用,从而体现了补强功能。同时,吸留橡胶的形成,对提高炭黑在混炼时的分散性以及改善压出操作性能等方面也起着显著的作用,即使压出口型膨胀率和半成品收缩率减小,半成品挺性大,且表面光滑。 
    炭黑的结构性对结晶性和非结晶性橡胶的补强性能的影响不同。主要表现在对拉伸强度和撕裂强度的影响上。一般规律是:当粒径相同时,高结构炭黑对非结晶橡胶的补强作用大,一般有较高的拉伸强度和撕裂强度,这是由于炭黑的结构提高了非结晶橡胶的结晶倾向所致。而较低结构的炭黑对结晶性橡胶的拉伸强度和撕裂强度的提高较为有利,这主要是由于结构性低时,被吸留的橡胶少,有利于橡胶的伸长结晶所致。 
    此外,炭黑的结构性还是影响胶料导电性能的最重要因素。结构性越髙,导电性越好。这可以简单地解释为炭黑聚熔体的链枝状结构易于在胶料中形成交织联结的导电通路,因此使导电性能提高。 
    (4)炭黑的表面粗糙度与橡胶性能的关系  炭黑的表面粗糙度会对炭黑的补强性能产生不利影响,并使胶料的工艺性能降低,如表1所示。当炭黑粒径相同时,增大表面粗糙度会使补强性能下降,其原因是由于橡胶分子链不能进入只有零点几个nm的炭黑表面孔隙中,因而使炭黑与橡胶能够产生相互作用的有效表面积减小,补强作用下降。其结果表现为硫化胶的拉伸强度、定伸应力、耐磨性、耐屈挠龟裂性能下降,但回弹性、扯断伸长率以及受其影响的抗撕裂性能提高。 
                         表1:炭黑的表面粗糙度对胶料性能的影响

指 标

试样1

试样2

试样3

试样4

吸附比表面积Sn2 (m2/g)

110

122

133

141

几何比表面积SEM (m2/g)

100

99

104

105

表面粗糙度系数K

1.1

1.23

1.28

1.34

没分散开的聚熔体面积

230

226

258

266

门尼粘度(ML1+4, 100℃)

85

83

82

80

300%定伸应力/MPa

17.7

17.6

16.2

15.2

拉伸强度/MPa

24.6

23.6

23.1

22

扯断伸长率(%)

380

390

421

430

撕裂强度/(KN/m)

49

51.9

52.9

53.9

回弹性(%)

37

39

41

42

磨耗/ (cm3KW*h)

376

385

393

403

屈挠龟裂(出现裂纹)/kr

3.2

2.9

1.8

1.3

屈挠龟裂(裂纹扩大)/kr

54.8

52.4

50

45.5


    由于空气占据了炭黑的表面孔隙,因此混炼时,阻碍了橡胶分子链和链段对炭黑表面的浸润作用,从而使炭黑在胶料中的分散性变差,并由此导致压出变形率的加大,压出半成品表面不光滑,压出工艺操作困难。 
    炭黑表面的这些孔隙能吸附一些低分子的促进剂和硫化剂等,使之失去活性作用,从而导致迟延硫化,并影响硫化胶性能。 
    (5)炭黑的表面酸碱性与橡胶性能的关系  炭黑的表面酸碱性则直接影响胶料的硫化速度。呈酸性的槽法炭黑有迟延硫化作用,一般不易引起焦烧;而呈碱性的炉法及热裂法炭黑则有促进硫化的作用,因此当大量使用炉法炭黑时,有引起胶料焦烧的危险。  
    炭黑的粒径、结构性、表面粗槌度及炭黑用量对胶料工艺性能及硫化胶物理、力学性能的规律性影响列于表2和表3中。  
  
                      表2:炭黑的性质和用量对胶料工艺性能的影响 
炭黑的性能对橡胶的性能都有哪些影响?


                                  表3:炭黑性质和用量对硫化胶物理力学性能的影响
炭黑的性能对橡胶的性能都有哪些影响?