【正文】 基本概念 ： 補(bǔ)強(qiáng) 是指能使橡膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及耐磨性同時(shí)獲得明顯提高的作用。目前使用的補(bǔ)強(qiáng)劑通常也使橡膠的其他性能發(fā)生變化，如硬度和定伸應(yīng)力提高，通常也產(chǎn)生一些不利影響，如彈性下降，滯后損失增大、壓縮永久變形增大等。橡膠工業(yè)用的主要補(bǔ)強(qiáng)劑是炭黑和白炭黑。 填充 是指在橡膠中加入一種物質(zhì)后能降低成本、增大體積或改善加工性能等，如減少半成品收縮率、提高半成品表面平坦性、提高硫化膠硬度及定伸應(yīng)力等作用。傳統(tǒng)常用的填充劑主要是無(wú)機(jī)填料，如陶土、碳酸鈣、滑石粉等 注意 : 有些填充劑兼有補(bǔ)強(qiáng)和增容作用，兩者難于絕對(duì)界定，都是以主導(dǎo)作用來(lái)定類的。 迄今 ,橡膠補(bǔ)強(qiáng)可采取以下幾種途徑實(shí)現(xiàn) : ① 炭黑補(bǔ)強(qiáng) ②淺色補(bǔ)強(qiáng)劑 (以白炭黑為主 )補(bǔ)強(qiáng) ③樹(shù)脂補(bǔ)強(qiáng) ④短纖維補(bǔ)強(qiáng)。 從補(bǔ)強(qiáng)材料的外形來(lái)分，上述①和②呈粉體狀， ③呈樹(shù)脂狀 ,而④為纖維狀。 它們的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理也各不相同：①和②通過(guò)橡膠與補(bǔ)強(qiáng)劑之間形成結(jié)合橡膠 。③ 是通過(guò)共混引入樹(shù)脂的特性 (以剛性為主 ) ,賦予共混物以較好的力學(xué)性能 。而④則借助于短纖維在橡膠基質(zhì)中的有規(guī)取向而使復(fù)合物得到增強(qiáng)。 ? 傳統(tǒng)橡膠補(bǔ)強(qiáng)： CB、白 CB、有機(jī)樹(shù)脂、纖維、聚合物共混等 ? 新興補(bǔ)強(qiáng)：納米技術(shù) 炭黑補(bǔ)強(qiáng)體系 ? 1．炭黑的生產(chǎn)、分類與命名 ? 2．炭黑的組成與結(jié)構(gòu) ? 3．炭黑的物理和化學(xué)性質(zhì) ? 4．炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用 ? 5．炭黑對(duì)橡膠工藝性能的影響 ? 6．炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理 167。 １橡膠補(bǔ)強(qiáng)與填充的歷史與發(fā)展 橡膠工業(yè)中填料的歷史幾乎和橡膠的歷史一樣長(zhǎng)。 ? 在 Spanish時(shí)代亞馬遜河流域的印第安人就懂得在膠乳中加入黑粉，當(dāng)時(shí)可能是為了防止光老化。后來(lái)制作膠絲時(shí)曾用滑石粉作隔離劑。 ? 在 Hancock發(fā)明混煉機(jī)后，常在橡膠中加入陶土、碳酸鈣等填料。 ? 1904年， S. C. Mote用炭黑使橡膠的強(qiáng)度提高到 ，但當(dāng)時(shí)并未引起足夠的重視。 ? 在炭黑尚未成為有效補(bǔ)強(qiáng)劑前，人們用氧化鋅作補(bǔ)強(qiáng)劑。一段時(shí)間后，人們才重視炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用。 ? 我國(guó)是世界上生產(chǎn)炭黑最早的國(guó)家。 ? 1864年美國(guó)開(kāi)始研制炭黑。 ? 1872年世界才實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的炭黑生產(chǎn)。炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性不僅使它得到廣泛的應(yīng)用，而且也促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展。 ? 二戰(zhàn)前槽黑占統(tǒng)治地位， 50年代后用爐黑代替槽黑、燈煙炭黑，爐黑生產(chǎn)滿足了輪胎工業(yè)發(fā)展的要求。 70年代在爐黑生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，又出現(xiàn)了新工藝炭黑。這種炭黑的特點(diǎn)是在比表面積和傳統(tǒng)炭黑相同的條件下，耐磨性提高了 5%~20%，進(jìn)一步滿足了子午線輪胎的要求。 ? 炭黑成為支持橡膠工業(yè)發(fā)展的重要材料。炭黑的用途除了用作以汽車輪胎為主的橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)劑外， 還可用作印刷油墨、涂料、塑料等的黑色顏料， 以及賦與電池活性物質(zhì)以導(dǎo)電性的填充劑等。但是，從數(shù)量上看，炭黑在像膠工業(yè)中的需求量占絕對(duì)多數(shù)， 而這其中約75% 又用于汽車輪胎。 ? 1939年首次生產(chǎn)了硅酸鈣 白炭黑， 1950年發(fā)明了二氧化硅氣相法白炭黑。 ? 近年來(lái)無(wú)機(jī)填料的發(fā)展也很快，主要表現(xiàn)在粒徑微細(xì)化、表面活性化、結(jié)構(gòu)形狀多樣化三方面。從填料來(lái)源看對(duì)工業(yè)廢料的綜合利用加工制造填料發(fā)展也較快。 167。 2 炭黑的生產(chǎn)、分類和命名 一． 炭黑的定義 炭黑是由許多烴類物質(zhì)（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）經(jīng)不完全燃燒或裂解生成的。它主要由碳元素組成，其微晶具有準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)，且呈同心取向，其粒子是近乎球形的粒子，而這些粒子大都熔結(jié)成聚集體。 炭黑的生產(chǎn) 167。 2 炭黑的生產(chǎn)、分類和命名 二．炭黑的分類 炭黑是橡膠工業(yè)的主要補(bǔ)強(qiáng)劑。為適應(yīng)橡膠工業(yè)的發(fā)展要求，人們開(kāi)發(fā)了五十余種規(guī)格牌號(hào)的炭黑。以前炭黑分類有按制法分，也有按作用分，后來(lái)發(fā)展了 ASTM1765這種新的分類方法。這種方法的出現(xiàn)結(jié)束了以前分類混亂、缺乏科學(xué)表征炭黑的狀況，但其缺點(diǎn)是沒(méi)有反映出炭黑的結(jié)構(gòu)度。炭黑的幾種分類方法分述如下。 1．按制造方法分 （ 1）接觸法炭黑： 接觸法炭黑，其中包括槽法炭黑、滾筒法炭黑和圓盤(pán)法炭黑。 槽法炭黑轉(zhuǎn)化率大約為 5%。 其特點(diǎn) 是含氧量大（平均可達(dá)3%），呈酸性，灰分較少（一般低于 %）。 （ 2）爐法炭黑： 爐法炭黑的特點(diǎn) 是含氧量少（約 1%），呈堿性，灰分較多（一般為 %~%），這可能是由于水冷時(shí)水中礦物質(zhì)帶來(lái)的。 （ 3）熱裂法炭黑： 轉(zhuǎn)化率 30%~47%。炭黑粒子粗大，補(bǔ)強(qiáng)性低，含氧量低（不到 %），含碳量達(dá) 99%以上。 （ 4）新工藝炭黑： 新工藝炭黑的聚集體較均勻，分布較窄，著色強(qiáng)度比傳統(tǒng)的高十幾個(gè)單位，形態(tài)較開(kāi)放，表面較光滑。 N37 N33 N35 N23 N299等均為新工藝炭黑。 2．按作用分： ? 硬質(zhì)炭黑：粒徑在 40nm以下，補(bǔ)強(qiáng)性高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。 ? 軟質(zhì)炭黑：粒徑在 40nm以上，補(bǔ)強(qiáng)性低的炭黑，如半補(bǔ)強(qiáng)炭黑、熱裂法炭黑等。 這種分類方法比較粗略，主要是根據(jù)炭黑的性質(zhì)及對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果來(lái)分類命名的。 3．按 ASTM標(biāo)準(zhǔn)分類 我國(guó)在 80年代開(kāi)始采用美國(guó) ASTM176581分類命名法。該命名法由四個(gè)字組成，第一個(gè)符號(hào)為 N或 S，代表硫化速度。其中 N表示正常硫化速度；而 S表示硫化速度慢。 N及 S符號(hào)后有三個(gè)數(shù)，第一位數(shù)表示炭黑的平均粒徑范圍；第二位和第三位數(shù)無(wú)明確意義，代表各系列中不同牌號(hào)間的區(qū)別。其粒徑按電鏡法測(cè)得的數(shù)據(jù)劃分為 10個(gè)范圍，橡膠用炭黑粒徑范圍在 11500nm之間。 典型炭黑品種 ASTM系列 粒徑范圍 nm ASTM名稱 英文縮寫(xiě) 中文名稱 1~10 N100 11~19 N110 SAF 超耐磨爐黑 N200 20~25 N220I SAF 中超耐磨爐黑 N300 26~30 N330 HAF 高耐磨爐黑 N400 31~39 N440 FF 細(xì)粒子爐黑 N500 40~48 N550 FEF 快壓出爐黑 N600 49~60 N660 GPF 通用爐黑 N700 61~100 N765 SRFHS 高結(jié)構(gòu)半補(bǔ)強(qiáng)爐黑 N800 101~200 N880 FT 細(xì)粒子熱裂法炭黑 N900 201~500 N990 MT 中粒子熱裂法炭黑 S200 20~25 S212I SAFLSSC 代槽爐黑 （中超耐磨爐黑型） S300 26~30 S315 HAFLSSC 代槽爐黑 （超耐磨爐黑型） 167。 3 炭黑的性質(zhì) 炭黑的粒徑（或比表面積）、結(jié)構(gòu)性和表面活性，一般認(rèn)為是炭黑的三大基本性質(zhì)，通常稱為補(bǔ)強(qiáng)三要素 167。 3 炭黑的性質(zhì) 一．炭黑的粒徑或比表面積 1．炭黑的粒徑及分布 粒徑及其粒徑分布是炭黑最基本的特性。 炭黑的粒徑是指單顆炭黑或聚集體中粒子的粒徑大小，單位常為 nm。通常