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炭黑的主要特征 :
1.炭黑的比表面积:炭黑的比表面积是指单位质量炭黑粒子表面积的总和。炭黑的表面积包括外表面积和内表面积。它的比表面积与粒径大小成反比,即粒径小的炭黑比表面积大,粒径大的炭黑比表面积小。炭黑的表面粗糙度与炭黑比表面积相关,可用炭黑总比表面积与外比表面积的比值表征。
2.炭黑比表面积的测定方法有以下几种:
A.电子显微镜法 B氮吸附法 C吸碘值测定法 D统计吸附层厚度法 E CTAB吸附法
3.炭黑比表面积对性能的影响:
炭黑的比表面积是它最重要的特征之一。这是由于炭黑是一种比表面积较大的物质。它的表面粗糙有微孔。炭黑对橡胶辊的补强首先是其聚集体表面对橡胶分子链的可及性。橡胶分子链不能进入这些微孔内,以及橡胶分子接触不到粗糙表面的凹面。这就提出了炭黑的内表面积/外表面积/总表面积的问题。
炭黑的总表面积是以1g炭黑的表面积表示的,数值上等于外表面积与内表面积之和。炭黑作为补强剂它必须与橡胶分子链相结合才能起到补强作用,这一结合必须依赖于炭黑的表面来完成。补强作用的大小,也就取决于结合的程度,表面的大小。炭黑粒子直径与表面积成反比。排除其他因素的影响,炭黑粒子越小,单位质量炭黑所具有的表面积越大,对橡胶的补强作用越大,混入时间增加,分散能力下降,脱辊性增加,粘度增大,压出光滑程度提高,而烧焦时间,压出收缩率,压出速率减小,对胶辊的性能影响是硬度增大,拉伸强度增强,生热/导电性增加,耐磨耐撕裂性能,抗割口增长性,耐屈绕性提高。定神应力增加大最大后下降,伸长率减小到最小后增加,压缩变形变化小。
4.结构程度:
炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。炭黑在生成过程中,先是由原料油生成很小的炭黑微粒,这些炽热的粒子互相碰撞而发生熔结,因而形成上述链状或葡萄状。炭黑粒子连结在一起,并熔结而成的三维空间聚集体结构称为“一次结构”。聚集体之间由范德华力凝聚而成的附聚体结构称为“二次结构”。
炭黑结构对橡胶辊补强性能的影响:
结构性高的炭黑,其聚熔体形态复杂,枝叉多,内部空隙大,当与橡胶混合后,形成吸留橡胶多,由于炭黑聚熔体能阻碍被吸留的橡胶分子链变形,因而对橡胶辊的定伸应力,硬度等性能有显著提高。结构化程度对定伸应力的影响最为突出。在相同的径粒下,结构化程度越高,定伸应力越大,这一影响超过了径粒对橡胶辊的影响。
需要注意的是:在结晶性橡胶如天然橡胶中,使用高结构炭黑,硫化胶的拉伸强度及撕裂强度低于使用低结构炭黑,这时降低炭黑的结构性有助于拉伸强度及撕裂强度的提高。在非结晶性橡胶中,高结构炭黑有助于拉伸强度及撕裂强度的提高。
结构性越高的炭黑,橡胶辊的电阻下降越大。乙块炭黑具有很高的结构性,能赋予橡胶辊很好的导电性。
5.炭黑粒径及其对橡胶辊补强性能的影响:
炭黑原生粒子除热裂法炭黑外,几乎所有炭黑的球形粒子都不是单独存在的,而是在炭黑生成过程中聚熔在一起形成炭黑聚集体的一个区域。聚集体是炭黑单独存在在最小单元。
炭黑的活性点存在于炭黑的表面,因此粒子越小,比表面积越大,相同质量炭黑的活性点也就越多,就能更好的发挥炭黑对橡胶的化学结合和物理吸附作用,从而提高炭黑对橡胶辊的补强效应。
炭黑粒子小,分布窄,则胶料的强伸性能和耐磨性能好。
性能 |
当粒径减小时 |
当结构性增加时 |
当表面粗糙度增加时 |
当用量增加时 |
拉伸强度 |
提高(显著) |
结晶橡胶下降,非结晶橡胶提高 |
下降 |
出现极大值 |
定伸应力 |
提高(不显著) |
提高(显著) |
下降 |
提高 |
硬度 |
提高 |
提高(显著) |
下降 |
提高 |
拉断伸长率 |
下降 |
下降 |
提高 |
下降 |
撕裂强度 |
提高 |
结晶橡胶下降,非结晶橡胶提高 |
提高 |
出现极大值 |
耐磨性 |
提高 |
提高 |
下降 |
出现极大值 |
回弹性 |
下降 |
定变形下下降,定负荷下提高 |
提高 |
下降 |
生热 |
提高 |
定变形下提高,定负荷下出现极小值 |
定变形下下降,定负荷下提高 |
提高 |
导电性 |
提高 |
提高(显著) |
|
提高(显著) |