【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一般來(lái)說(shuō)，粒子越小，結(jié)構(gòu)度越高，導(dǎo)電性能越好。高結(jié)構(gòu)炭黑較正常結(jié)構(gòu)或低結(jié)構(gòu)炭黑具有更好的導(dǎo)電性。炭黑表面粗糙度，即孔隙性也影響炭黑的導(dǎo)電性。表面粗糙多孔的炭黑其導(dǎo)電性增加。 167。 ４ 炭黑對(duì)橡膠加工性能的影響 炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)等性能對(duì)橡膠的加工性能有重要的影響，表現(xiàn)在混煉、壓延、壓出和硫化各工藝過(guò)程中及混煉膠的流變性能上。 一 . 包容橡膠 （一）包容膠的意義 包容膠（吸留膠）是在炭黑聚集體鏈枝狀結(jié)構(gòu)中屏蔽（包藏）的那部分橡膠。 包容膠的數(shù)量由炭黑的結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)高，包容膠多。包容膠的活動(dòng)性受到極大的限制，所以在一些問(wèn)題的處理中常把它看成是炭黑的一部分，當(dāng)然這種看法不夠準(zhǔn)確。當(dāng)剪切力增大或溫度升高時(shí)這部分橡膠還有一定的橡膠大分子的活動(dòng)性。 （二）包容膠量的計(jì)算 Medalia根據(jù)炭黑聚集體的電鏡觀測(cè)、模型、計(jì)算等大量研究工作提出下列經(jīng)驗(yàn)公式： φ′=φ(1+)/ （ 36） 所以 DBP吸油值越高，也就是炭黑聚集體結(jié)構(gòu)度越高，即聚集體枝杈越發(fā)達(dá)，則包容膠越多。 二、炭黑性質(zhì)對(duì)混煉的影響 炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對(duì)混煉過(guò)程和混煉膠性質(zhì)均有影響。 1．炭黑性質(zhì)對(duì)混煉吃料及分散的影響 炭黑的粒徑越細(xì)混煉越困難，吃料慢，耗能高，生熱高，分散越困難。這主要是因?yàn)榱叫。缺砻娣e大，需要濕潤(rùn)的面積大。 炭黑結(jié)構(gòu)對(duì)分散的影響也很明顯。高結(jié)構(gòu)比低結(jié)構(gòu)吃料慢，但分散快。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)高，其中空隙體積比較大，排除其中的空氣需要較多的時(shí)間，而一旦吃入后，結(jié)構(gòu)高的炭黑易分散開(kāi)。 2．炭黑性質(zhì)對(duì)混煉膠粘度的影響 混煉膠的粘流性在加工過(guò)程中十分重要。一般炭黑粒子越細(xì)、結(jié)構(gòu)度越高、填充量越大、表面活性越高，則混煉膠粘度越高，流動(dòng)性越差。 結(jié)構(gòu)及用量對(duì)膠料粘度的影響可用 EinsteinGuth公式估算。 （ 37） 后來(lái) GuthGold對(duì)炭黑填充橡膠的粘度又修改如下： （ 38） 式（ 37）對(duì)于 MT炭黑， φ值小于 ，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)性炭黑不適用。若將包容膠體積分?jǐn)?shù)包括到炭黑聚集體中，即將式（ 39）中 φ 的用式（ 37）中的 φ ′代替，所計(jì)算的膠料粘度才比較接近實(shí)測(cè)值。 )(0 ??? ??)( 20 ???? ??? 炭黑粒徑越小，填充量越高，混煉膠的粘度越高，結(jié)合膠量也越多；炭黑的結(jié)構(gòu)度越高，包容膠量越多，炭黑的有效填充體積分?jǐn)?shù)增大，混煉膠粘度也提高。 三．炭黑性質(zhì)對(duì)擠出的影響 炭黑對(duì)擠出工藝的影響主要是指對(duì)膠料擠出斷面膨脹率（或稱(chēng)口型膨脹）、擠出速度和擠出外觀的影響。而膠料的擠出斷面膨脹率、擠出速度和擠出外觀主要與膠料的彈性有關(guān)。 一般來(lái)說(shuō)，炭黑的結(jié)構(gòu)性高，混煉膠的擠出工藝性能較好，口型膨脹率小，半成品表面光滑，擠出速度快。炭黑用量的影響也很重要，用量多，膨脹率小，所以 FEF等快擠出炭黑適用于擠出膠料。 四．炭黑性質(zhì)對(duì)硫化的影響 （一）炭黑表面性質(zhì)的影響 炭黑表面酸性基團(tuán)含量多， PH低，對(duì)于促進(jìn)劑 D的吸附量大，相應(yīng)地減少了促進(jìn)劑 D的用量，因而回會(huì)遲延硫化。另外炭黑表面酸性基團(tuán)能阻礙自由基的形成，又能在硫化初期抑制雙基硫的產(chǎn)生，所以會(huì)遲延硫化，起到較好的防焦燒作用。而 PH值高的爐法炭黑一般無(wú)遲延現(xiàn)象。 （二）炭黑的結(jié)構(gòu)和粒徑的影響 炭黑粒徑越小，焦燒越快。這是因?yàn)榱皆叫?，比表面積越大，結(jié)合膠越多，自由膠中硫化劑濃度較大的原因。 167。 ５炭黑對(duì)硫化膠性能的影響 炭黑的性質(zhì)對(duì)硫化膠的性能有決定性的影響，因?yàn)橛辛颂亢诘难a(bǔ)強(qiáng)作用才使那些非自補(bǔ)強(qiáng)橡膠的力學(xué)性能得到了很大的提高，才具有了使用價(jià)值。就總體來(lái)說(shuō)，炭黑的粒徑對(duì)橡膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨耗性的作用是主要的，而炭黑的結(jié)構(gòu)度對(duì)橡膠模量的作用是主要的，炭黑表面活性對(duì)各種性能都有影響。 一．結(jié)合膠 （一）結(jié)合橡膠的概念及測(cè)試方法 結(jié)合橡膠也稱(chēng)為炭黑凝膠（ bound rubber），是指炭黑混煉膠中不能被它的良溶劑溶解的那部分橡膠。結(jié)合橡膠實(shí)質(zhì)上是填料表面上吸附的橡膠，也就是填料與橡膠間的界面層中的橡膠。通常采用結(jié)合橡膠來(lái)衡量炭黑和橡膠之間相互作用力的大小，結(jié)合橡膠多則補(bǔ)強(qiáng)性高，所以結(jié)合橡膠是衡量炭黑補(bǔ)強(qiáng)能力的標(biāo)尺。 核磁共振研究已證實(shí)，炭黑結(jié)合膠層的厚度大約為 ，緊靠炭黑表面一層的厚度約為，這部分是玻璃態(tài)的。在靠近橡膠母體這一面的呈亞玻璃態(tài)，厚度大約為 。 （二）結(jié)合膠的生成原因 結(jié)合膠的生成有兩個(gè)原因： ? 一是吸附在炭黑表面上的橡膠分子鏈與炭黑的表面基團(tuán)結(jié)合，或者橡膠在加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)混煉和硫化產(chǎn)生大量橡膠自由基或離子與炭黑結(jié)合，發(fā)生化學(xué)吸附，這是生成結(jié)合膠的主要原因。 ? 其二是橡膠大分子鏈在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的物理吸附，要同時(shí)解脫所有被炭黑吸附的大分子鏈并不是很容易的，只要有一、兩個(gè)被吸附的鏈節(jié)沒(méi)有除掉，就有可能使整個(gè)分子鏈成為結(jié)合膠。 （三）影響結(jié)合橡膠的因素 結(jié)合橡膠是由于炭黑表面對(duì)橡膠的吸附產(chǎn)生的，所以任何影響這種吸附的因素均會(huì)影響結(jié)合橡膠的生成量，其主要影響因素如下。 1．炭黑比表面積的影響 結(jié)合膠幾乎與炭黑的比表面積成正比增加。隨著炭黑比表面積的增大，吸附表面積增大，吸附量增加，即結(jié)合橡膠增加。 2．混煉薄通次數(shù)的影響 天然橡膠是一種很容易產(chǎn)生氧化降解的物質(zhì)，那些只有一兩點(diǎn)吸附的大分子鏈的自由鏈部分可能存在于玻璃態(tài)層及亞玻璃態(tài)層外面。這部分橡膠分子鏈薄通時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生力學(xué)斷鏈及氧化斷鏈。這種斷鏈可能切斷了與吸附點(diǎn)的連接，這樣就會(huì)使結(jié)合膠量下降。 50份炭黑填充的氯丁橡膠、丁苯橡膠和丁基橡膠隨薄通次數(shù)的變化如下：氯丁橡膠、丁苯橡膠結(jié)合膠隨薄通次數(shù)增加而增加，大約到 30次后趨于平衡。而丁基橡膠一開(kāi)始就下降，也是約 30次后趨于平衡。丁基橡膠下降的原因類(lèi)似于天然橡膠。 3．溫度的影響 將混煉好的式樣放在不同溫度下保持一定時(shí)間后測(cè)結(jié)合膠量。隨處理溫度升高，即吸附溫度提高，結(jié)合膠量提高，這種現(xiàn)象和一般吸附規(guī)律一致。 與上述現(xiàn)象相反，混煉溫度對(duì)結(jié)合膠的影響卻是混煉溫度越高則結(jié)合膠越少。這可能是因?yàn)闇囟壬?，橡膠變得柔軟而不易被機(jī)械力破壞斷鏈形成大分子自由基，炭黑在這樣柔軟的橡膠環(huán)境中也不易產(chǎn)生斷鏈形成自由基，因此在高溫?zé)捘z時(shí)由于這種作用形成的結(jié)合膠會(huì)比低溫下煉膠的少。 4．橡膠性質(zhì)的影響 結(jié)合膠量與橡膠的不飽和度和分子量有關(guān)，不飽和度高，分子量大的橡膠，生成的結(jié)合膠多。 表 35 橡膠分子量對(duì)結(jié)合膠的影響（ HAF 炭黑） SBR分子量 Mt Mt/M2022 結(jié)合膠（ mg/g） 結(jié)合膠比率 （以 Mv=2022的為 1） 2022 1 1 13400 300000 150 5．陳化時(shí)間的影響 試驗(yàn)表明，混煉后隨停放時(shí)間增加，結(jié)合膠量增加，大約一周后趨于平衡。因?yàn)楣腆w炭黑對(duì)固體橡膠大分子的吸附不象固體填料對(duì)氣體或小分子吸附那么容易。另外化學(xué)吸附部分較慢，也需要一定時(shí)間。 二、炭黑性質(zhì)對(duì)硫化膠一般技術(shù)性能的影響 （一）炭黑粒徑的影響 炭黑粒徑對(duì)硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨性都有決定性作用。 粒徑小，撕裂強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、硬度均提高，而彈性和伸長(zhǎng)率下降，壓縮永久變形變化很小。這是因?yàn)榱叫?，比表面積大，使橡膠與炭黑間的界面積大，兩者間相互作用產(chǎn)生的結(jié)合膠多。 添料的比表面積與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系 (SBR 1500) 1— 碳酸鈣 (55% ) 。 2— 硅酸鹽 (25 % ) 。 3— 濕法白炭黑 (25 % ) 。 4— 炭黑 (27% ) 。5— 陶土 (30% ) （二）炭黑結(jié)構(gòu)的影響