【正文】 基團(tuán)多得槽法炭黑補(bǔ)強(qiáng)性高。隨著粗糙度的增大，硫化膠的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、耐磨性和耐屈撓龜裂性下降，而回彈性、伸長率則增大。例如，將 ISAF在較低溫度下（ 850~1000℃ ）加熱，控制加熱時間，這時炭黑粒子表面石墨化，而微晶尺寸增大，結(jié)果使炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用下降。結(jié)構(gòu)對其他性能也有一定的影響。因為填料的存在就減少了硫化膠中彈性橡膠大分子的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)構(gòu)高的炭黑更大程度地減少了橡膠大分子的體積分?jǐn)?shù)。 4— 炭黑 (27% ) 。 2— 硅酸鹽 (25 % ) 。這是因為粒徑小，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。 二、炭黑性質(zhì)對硫化膠一般技術(shù)性能的影響 （一）炭黑粒徑的影響 炭黑粒徑對硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨性都有決定性作用。因為固體炭黑對固體橡膠大分子的吸附不象固體填料對氣體或小分子吸附那么容易。 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。 與上述現(xiàn)象相反，混煉溫度對結(jié)合膠的影響卻是混煉溫度越高則結(jié)合膠越少。 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間后測結(jié)合膠量。而丁基橡膠一開始就下降，也是約 30次后趨于平衡。這種斷鏈可能切斷了與吸附點的連接，這樣就會使結(jié)合膠量下降。 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。 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。 ? 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、兩個被吸附的鏈節(jié)沒有除掉，就有可能使整個分子鏈成為結(jié)合膠。在靠近橡膠母體這一面的呈亞玻璃態(tài)，厚度大約為 。通常采用結(jié)合橡膠來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。 一．結(jié)合膠 （一）結(jié)合橡膠的概念及測試方法 結(jié)合橡膠也稱為炭黑凝膠（ 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。 ５炭黑對硫化膠性能的影響 炭黑的性質(zhì)對硫化膠的性能有決定性的影響，因為有了炭黑的補(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，才具有了使用價值。這是因為粒徑越小，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。而 PH值高的爐法炭黑一般無遲延現(xiàn)象。 四．炭黑性質(zhì)對硫化的影響 （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，因而回會遲延硫化。 一般來說，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。 三．炭黑性質(zhì)對擠出的影響 炭黑對擠出工藝的影響主要是指對膠料擠出斷面膨脹率（或稱口型膨脹）、擠出速度和擠出外觀的影響。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，所計算的膠料粘度才比較接近實測值。 結(jié)構(gòu)及用量對膠料粘度的影響可用 EinsteinGuth公式估算。 2．炭黑性質(zhì)對混煉膠粘度的影響 混煉膠的粘流性在加工過程中十分重要。高結(jié)構(gòu)比低結(jié)構(gòu)吃料慢，但分散快。這主要是因為粒徑小，比表面積大，需要濕潤的面積大。 二、炭黑性質(zhì)對混煉的影響 炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對混煉過程和混煉膠性質(zhì)均有影響。當(dāng)剪切力增大或溫度升高時這部分橡膠還有一定的橡膠大分子的活動性。 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。 ４ 炭黑對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程中及混煉膠的流變性能上。表面粗糙多孔的炭黑其導(dǎo)電性增加。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。炭黑的導(dǎo)電性與其微觀結(jié)構(gòu)、粒子大小、結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)等密切相關(guān)。炭黑的傾注密度，大多數(shù)品種在~（或 300~500kg/m3）之間，它對炭黑的加工及貯運有實際意義。著色強(qiáng)度是測定橡膠用炭黑光學(xué)性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)方法，常用于研究新工藝炭黑的光學(xué)性質(zhì)及質(zhì)量控制。它是炭黑的重要光學(xué)性質(zhì)，并與炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。 炭黑粒子的表面粗糙度可用表面粗糙度系數(shù) K來表征，即用 BET法測得的總比表面積與用 CTAB法測得的外比表面積之比值。 3 空隙度（表面粗糙程度） 表面粗糙度是指炭黑粒子在形成過程中，因粒子表面發(fā)生氧化侵蝕所形成的孔洞的多少，即氧化程度。例如槽法炭黑水懸浮液的 PH值在 ~，爐法炭黑 PH值一般在 7~10間。 圖 33 炭黑的表面基團(tuán)示意圖 炭黑表面的含氧基團(tuán) 含氧基團(tuán)有羥基、羧基、酯基及醌基。 2．炭黑的表面基團(tuán) 炭黑表面上有自由基、氫、羥基、羧基、內(nèi)酯基、醌基，見圖 33。 1．炭黑的化學(xué)組成 炭黑主要是由碳元素組成的，含碳量為 90~99%，還有少量氧、氫、氮和硫等元素，其它還有少許揮發(fā)分和灰分，構(gòu)成了炭黑的化學(xué)組成。 炭黑壓縮處理次數(shù)與 DBP 吸油值變化的關(guān)系 可知 , 高結(jié)構(gòu)炭黑的 DBP 吸油值降低顯著。 壓縮 DBP吸油值 尚若在橡膠混煉中施加較大的力，二次結(jié)構(gòu)將被破壞， 所以也可采用測定前施以一定的壓縮力，將聚集體復(fù)附聚作用產(chǎn)生的二次結(jié)構(gòu)破壞后再測定得到的 DBP 吸油值稱為壓縮 DBP吸油值。通常 DBP值越高，即炭黑的結(jié)構(gòu)性越高。 根據(jù)石墨結(jié)晶模型來描述炭黑的結(jié)構(gòu)，聚集體的結(jié)構(gòu)層次為： 元素碳 → 碳核（六邊形） → 多核層面→ 炭黑微晶 → 炭黑粒子 → 炭黑的一次結(jié)構(gòu)（聚集體） 3．炭黑結(jié)構(gòu)度的測定方法 炭黑結(jié)構(gòu)的測定方法有多種，如電鏡法及圖象分析法、吸油值法、視比容法及水銀壓入法等。 炭黑的結(jié)構(gòu)性與炭黑的品種及生產(chǎn)方法有關(guān)，采用高芳香烴油類生產(chǎn)的高耐磨爐黑，有較高的結(jié)構(gòu)性；瓦斯槽黑只有 2~3個粒子熔聚在一起；而熱裂法炭黑幾乎沒有熔聚現(xiàn)象，其粒子呈單個狀態(tài)存在。100g) 值大表示結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)。 一次聚集體結(jié)構(gòu)間的空隙一般用鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP) 充填， 用其 DBP 的體積表示。實際上，作為評價一次結(jié)構(gòu)被支化成不規(guī)則鏈鎖狀的程度， 即評價結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)程度的方法， 可對一次結(jié)構(gòu)聚集時形成的空隙進(jìn)行測定。一次結(jié)構(gòu)狀態(tài)的解析結(jié)果如下表所示。這種一次結(jié)構(gòu)對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)及工藝性能有著本質(zhì)的影響。通過電子顯微鏡可以觀察到這種結(jié)構(gòu)。 1．炭黑的一次結(jié)構(gòu) 炭黑的一次結(jié)構(gòu)就是聚集體，又稱為基本聚熔體或原生結(jié)構(gòu)，它是炭黑的最小結(jié)構(gòu)單元。對于球形粒子，則 S與 ds有下列關(guān)系： SSSdddS???? 661 32??比表面積與粒徑互換 二．炭黑的結(jié)構(gòu)度 炭黑的結(jié)構(gòu)度是指炭黑鏈枝結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度。炭黑的比表面積有外表面積（光滑表面）、內(nèi)表面積（孔隙表面積）和總表面積（外表面積和內(nèi)表面積之和）之分。 由透射電子顯微鏡求出的橡膠用炭黑的粒經(jīng)分布 橡膠用炭黑的斯托克斯粒徑分布 利用離心沉降法，根據(jù)斯托克斯 (Stokes) 沉降速度公式，得到的有關(guān)粒徑分布的信息。粒徑分散程度對補(bǔ)強(qiáng)作用有一定影響，一般希望分布窄些好。通常用平均粒徑來表示炭黑的粒子大小，炭黑工業(yè)常用的平均粒徑有算術(shù)平均粒徑和表面平均粒徑兩種。 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。 典型炭黑品種 ASTM系列 粒徑范圍 nm ASTM名稱 英文縮寫 中文名稱 1~10 N100