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炭黑性能对橡胶性能都有哪些影响

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我们可以通过图表更直观地了解一下炭黑粒径、结构和用对橡胶主要性能的影响:
1.炭黑的化学活性与橡胶的性能有关。炭黑的化学活性在增强性能中起着重要的作用。实验证明,化学活性大的炭黑具有较大的增强作用;化学活性低的炭黑(如石墨化炭黑)的增强作用很小。这是因为化学活性大的炭黑表面活性点多,炼胶和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。炭黑和橡胶形成的网状结构赋予硫化胶强度。因此,炭黑的化学活性是增强性能最基本的因素,被称为影响炭黑增强性能的第一因素(或强度因素)。
炭黑的化学活性越大,混合过程中产生的结合橡胶越多,提高了橡胶材料的门尼粘度,增加了口腔膨胀率和半成品收缩率,减缓了压缩速度。硫化胶的拉伸强度.撕裂强度.耐磨性越高。
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增强作用很小,这也是现代炉炭黑发展较少使用槽炭黑的原因之一。但含氧官能团对高饱和度橡胶(如丁基橡胶)的增强作用较大。
2.由于炭黑的活性点存在于炭黑表面,炭黑粒子越小,比表面积越大,相同质量炭黑的活性点越多,可以更好地发挥炭黑对橡胶的化学结合和物理吸附作用,提高增强效果。因此,炭黑的粒径是影响炭黑增强性能的第二个因素,即广度因素。
炭黑粒径越小,硫化胶的拉伸强度越小.撕裂强度.定伸应力.耐磨性.硬度越高,抗弯裂性越好,回弹性和断裂伸长率降低。但如果粒径过小,由于粒子间凝聚力大,容易结块,混合时难以分散,可塑性降低,压缩性能降低。
3.炭黑的结构性能与橡胶性能的关系炭黑的结构性能是影响炭黑增强性能的第三个因素,即形状因素。这是因为高结构炭黑,其聚熔体形状复杂,树枝多,内部间隙大,与橡胶混合时,形成更多的吸收橡胶(或包容性橡胶)。由于炭黑聚熔体阻碍了被吸收橡胶分子链的变形,因此硫化胶的固定伸长应力.硬度等性能的提高起着重要的作用,从而体现了增强功能。同时,吸留橡胶的形成对提高碳黑在混合过程中的分散性和压出操作性能也起着重要的作用。即使压出口膨胀率和半成品收缩率降低,半成品也具有很大的挺拔性和光滑的表面。
炭黑的结构对结晶和非结晶橡胶的增强性能有不同的影响。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增强作用较大,一般具有较高的拉伸强度和撕裂强度,这是由于炭黑结构提高了非结晶橡胶的结晶倾向。结构较低的炭黑更有利于提高结晶橡胶的拉伸强度和撕裂强度,主要是由于结构较低时吸留的橡胶较少,有利于橡胶的延伸结晶。
此外,炭黑的结构性能也是影响橡胶导电性能的最重要因素。结构越高,导电性越好。这可以简单地解释为炭黑聚熔体的链枝结构容易在橡胶中形成交织的导电通路,从而提高了导电性能。
4.炭黑的表面粗糙度与橡胶性能有关。炭黑的表面粗糙度会对炭黑的增强性能产生不利影响,降低橡胶材料的工艺性能。当炭黑粒径相同时,增加表面粗糙度会降低增强性能,因为橡胶分子链不能只进入炭黑表面孔隙中,减少了炭黑与橡胶相互作用的有效表面积,减少了增强作用。其结果表现为硫化胶的拉伸强度.定伸应力.耐磨性.抗屈挠龟裂性能下降,但回弹性下降.提高了拉伸伸长率和抗撕裂性。
炭黑对橡胶加工性能的影响
炭黑的粒径、结构和表面性质等性能对橡胶的加工性能有重要的影响,表现在混炼、压延、压出和硫化各工艺过程中及混炼胶的流变性能上。
一.炭黑性质对混炼的影响
炭黑的粒径、结构和表面性质对混炼过程和混炼胶性质均有影响。
1.炭黑性质对混炼吃料及分散的影响
炭黑的粒径越细混炼越困难,吃料慢,耗能高,生热高,分散越困难。这主要是因为粒径小,比表面积大,需要湿润的面积大。
炭黑结构对分散的影响也很明显。高结构比低结构吃料慢,但分散快。这是因为结构高,其中空隙体积比较大,排除其中的空气需要较多的时间,而一旦吃入后,结构高的炭黑易分散开。
2.炭黑性质对混炼胶粘度的影响
混炼胶的粘流性在加工过程中十分重要。一般炭黑粒子越细、结构度越高、填充量越大、表面活性越高,则混炼胶粘度越高,流动性越差。
结构及用量对胶料粘度的影响可用Einstein-Guth公式估算。
后来Guth-Gold对炭黑填充橡胶的粘度又修改如下:

炭黑粒径越小,填充量越高,混炼胶的粘度越高,结合胶量也越多;炭黑的结构度越高,包容胶量越多,炭黑的有效填充体积分数增大,混炼胶粘度也提高。
二、炭黑性质对压出的影响
炭黑对压出工艺的影响主要是指对胶料压出断面膨胀率(或称口型膨胀)压出速度和压出外观的影响。而胶料的压出断面膨胀率、压出速度和压出外观主要与胶料的弹性有关。
一般来说,炭黑的结构性高,混炼胶的压出工艺性能较好,口型膨胀率小,半成品表面光滑,压出速度快。炭黑用量的影响也很重要,用量多,膨胀率小,所以FEF等快压出炭黑适用于压出胶料。
三、炭黑性质对硫化的影响

(一)炭黑表面性质的影响
炭黑表面酸性基团含量多,PH低,对于促进剂D的吸附量大,相应地减少了促进剂D的用量,因而回会迟延硫化。另外炭黑表面酸性基团能阻碍自由基的形成,又能在硫化初期抑制双基硫的产生,所以会迟延硫化,起到较好的防焦烧作用,而PH值高的炉法炭黑一般无迟延现象。
(二)炭黑的结构和粒径的影响
炭黑粒径越小,焦烧越快。这是因为粒径越小,比表面积越大,结合胶越橡胶技术李秀权工作室多,白由胶中硫化剂浓度较大的原因。


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