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【原創(chuàng)】炭黑是如何補強橡膠的?


來源:中國粉體網(wǎng)   橙子

[導讀]  炭黑是橡膠工業(yè)中最重要的補強性填料,,可以毫不夸張的說,沒有炭黑工業(yè)就沒有現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的橡膠工業(yè),。

中國粉體網(wǎng)訊  21世紀以來,,由于科技的進步,橡膠的性能不斷地被開發(fā)并應用,,目前橡膠制品已存在于人們生活的方方面面,,支持著人們的衣食住行。橡膠的作用如此巨大,,除了橡膠本身擁有其他材料無可比擬的優(yōu)點以外,,填料還能賦予橡膠更多寶貴的性能,使其應用更加廣泛,。 




一,、何為橡膠的補強?


填料是橡膠工業(yè)的主要原料之一,,屬粉體材料,。填料用量相當大,幾乎與橡膠本身用量相當。在橡膠加工中又將填料分為補強劑和填充劑,。


橡膠的補強是指在橡膠中加入一種物質后,,能夠提升硫化橡膠的耐磨性、抗撕裂強度,、拉伸強度,、模量、抗溶脹性等性能的行為,。凡具有這種作用的物質稱為補強劑,。


常用補強劑:炭黑、白炭黑,、短纖維,、無機納米材料等。


二,、橡膠用炭黑


炭黑是橡膠工業(yè)中最重要的補強性填料,,可以毫不夸張的說,沒有炭黑工業(yè)就沒有現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的橡膠工業(yè),。


按炭黑在橡膠中的作用將炭黑分為硬質炭黑軟質炭黑,。


硬質炭黑:粒徑在40nm以下,,補強性能高的炭黑,,如超耐磨、中超耐磨,、高耐磨炭黑等,。


軟質炭黑:粒徑在40nm以上,補強性低的炭黑,,如半補強炭黑,、熱裂法炭黑等。


橡膠用炭黑一般按照ASIM-1765-81標準來分類命名,。命名系統(tǒng)由四部分組成,。第一個英文字母代表硫化速度,N代表正常硫化速度,,S代表緩慢硫化速度,。后面跟著三個數(shù)字,第一個代表炭黑平均粒徑范圍,,共分為0~9個等級,。第二和第三個數(shù)字則是由美國材料試驗協(xié)會負責炭黑和術語的D24.41委員會指定的,反映不同的結構程度,,也就是炭黑大概的高低結構確定的,,有一定的任意性。相對而言,數(shù)字越大,,結構越高,。


ASIM的炭黑分類命名



三、炭黑補強機理


近半個世紀以來,,人們對炭黑補強機理曾進行了廣泛的討論提出了多種補強學說,。


(1)容積效應

(2)弱鍵和強鍵學說

(3)Bueche的炭黑粒子與橡膠鏈的有限伸長學說

(4)殼層模型理論

(5)橡膠大分子鏈滑動學說


前四種機理雖然都能說明一定的問題,但有局限性,。隨著時間進展,,對機理不斷在深化完善,橡膠大分子滑動學說的炭黑補強機理是一個比較完善的理論,。


橡膠大分子鏈滑動學說


這是比較新和比較全面的炭黑補強理論,。該理論的核心是橡膠大分子能在炭黑表面上滑動,由此解釋了補強現(xiàn)象,。炭黑粒子表面的活性不均一,,有少數(shù)的活性點以及一系列的能量不同的吸附點。吸附在炭黑表面上的橡膠鏈可以有各種不同的結合能量,,有多數(shù)弱的范德華力的吸附以致少量強的化學吸附,。吸附的橡膠鏈段在應力作用下會滑動伸長。


大分子滑動學說概念圖

 

(1)表示膠料原始狀態(tài),,長短不等的橡膠分子鏈被吸附在炭黑離子表面上,。 




(2)當伸長時。這條最短的鏈不是斷裂而是沿炭黑表面滑動,,原始狀態(tài)吸附的長度用點標出,,可看出滑動的長度。這時應力有多數(shù)伸直的鏈承擔,,起應力均勻的作用,,緩解應力集中為補強的第一個重要因素。


 


(3)當伸長再增大,,鏈再滑動,,使橡膠鏈高度取向,承擔大的應力,,有高的模量,,為補強的第二個重要因素。由于滑動的摩擦使膠料有滯后損耗,。損耗會消去一部分外力功,,化為熱量,使橡膠不受破壞,,為補強的重要因素,。



 

(4)是收縮后膠料的狀況,,表明再伸長時的應力軟化效應,膠料回縮后炭黑粒子間橡膠鏈的長度差不多一樣,,再伸長就不需要再滑動一次,,所需應力下降。



四,、炭黑補強橡膠性能


補強橡膠的目的是為了提高橡膠的拉伸性能,、抗撕裂能力、定伸應力和耐磨性等性能,,使橡膠制品更有彈性,,經(jīng)久耐用。炭黑主要通過炭黑粒徑的大小,、結構度,、和用量來調節(jié)補強橡膠的效果。


(1)拉伸性能


炭黑粒徑小,,表面活性大,,結構度高,拉伸強度高,;隨炭黑用量增大,,拉伸強度先增后降。


(2)撕裂強度


貪黑的粒徑小,,撕裂強度高,;粒徑相同時,對結晶性橡膠,,結構度低的碳黑,,撕裂強度高,;對非結晶性橡膠,,結構度高的炭黑,撕裂強度高,;隨炭黑用量增大,,撕裂強度先增后降。


(3)定伸應力和硬度


炭黑粒徑小,,結構度高,,表面活性大,用量大,,膠料的定伸應力和硬度高,,其中以結構度影響最大。炭黑對膠料定伸應力和硬度的影響要比膠種,、硫化體系大得多,。


(4)耐磨性


炭黑粒徑小,表面活性大,分散性好,,膠料耐磨性好,。


(5)彈性


粒徑小、結構度高,、表面活性大,,用量大,膠料的彈性差,。其中炭黑用量影響最大,。


由此可見,根據(jù)橡膠制品的不同選擇合適的炭黑種類對橡膠進行補強至關重要,。結合ASIM對炭黑的分類,,你知道該選擇哪種炭黑了嗎?


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