1.炭黑的比表面積:炭黑的比表面積是指單位質量炭黑粒子表面積的總和。炭黑的表面積包括外表面積和內表面積。它的比表面積與粒徑大小成反比,即粒徑小的炭黑比表面積大,粒徑大的炭黑比表面積小。炭黑的表面粗糙度與炭黑比表面積相關,可用炭黑總比表面積與外比表面積的比值表征。
2.炭黑比表面積的測定方法有以下幾種:
A.電子顯微鏡法 B氮吸附法 C吸碘值測定法 D統計吸附層厚度法 E CTAB吸附法
3.炭黑比表面積對性能的影響:
炭黑的比表面積是它最重要的特征之一。這是由于炭黑是一種比表面積較大的物質。它的表面粗糙有微孔。炭黑對橡膠輥的補強首先是其聚集體表面對橡膠分子鏈的可及性。橡膠分子鏈不能進入這些微孔內,以及橡膠分子接觸不到粗糙表面的凹面。這就提出了炭黑的內表面積/外表面積/總表面積的問題。
炭黑的總表面積是以1g炭黑的表面積表示的,數值上等于外表面積與內表面積之和。炭黑作為補強劑它必須與橡膠分子鏈相結合才能起到補強作用,這一結合必須依賴于炭黑的表面來完成。補強作用的大小,也就取決于結合的程度,表面的大小。炭黑粒子直徑與表面積成反比。排除其他因素的影響,炭黑粒子越小,單位質量炭黑所具有的表面積越大,對橡膠的補強作用越大,混入時間增加,分散能力下降,脫輥性增加,粘度增大,壓出光滑程度提高,而燒焦時間,壓出收縮率,壓出速率減小,對膠輥的性能影響是硬度增大,拉伸強度增強,生熱/導電性增加,耐磨耐撕裂性能,抗割口增長性,耐屈繞性提高。定神應力增加大最大后下降,伸長率減小到最小后增加,壓縮變形變化小。
4.結構程度:
炭黑的結構性是以炭黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來表示的。炭黑在生成過程中,先是由原料油生成很小的炭黑微粒,這些熾熱的粒子互相碰撞而發生熔結,因而形成上述鏈狀或葡萄狀。炭黑粒子連結在一起,并熔結而成的三維空間聚集體結構稱為“一次結構”。聚集體之間由范德華力凝聚而成的附聚體結構稱為“二次結構”。
炭黑結構對橡膠輥補強性能的影響:
結構性高的炭黑,其聚熔體形態復雜,枝叉多,內部空隙大,當與橡膠混合后,形成吸留橡膠多,由于炭黑聚熔體能阻礙被吸留的橡膠分子鏈變形,因而對橡膠輥的定伸應力,硬度等性能有顯著提高。結構化程度對定伸應力的影響最為突出。在相同的徑粒下,結構化程度越高,定伸應力越大,這一影響超過了徑粒對橡膠輥的影響。
需要注意的是:在結晶性橡膠如天然橡膠中,使用高結構炭黑,硫化膠的拉伸強度及撕裂強度低于使用低結構炭黑,這時降低炭黑的結構性有助于拉伸強度及撕裂強度的提高。在非結晶性橡膠中,高結構炭黑有助于拉伸強度及撕裂強度的提高。
結構性越高的炭黑,橡膠輥的電阻下降越大。乙塊炭黑具有很高的結構性,能賦予橡膠輥很好的導電性。
5.炭黑粒徑及其對橡膠輥補強性能的影響:
炭黑原生粒子除熱裂法炭黑外,幾乎所有炭黑的球形粒子都不是單獨存在的,而是在炭黑生成過程中聚熔在一起形成炭黑聚集體的一個區域。聚集體是炭黑單獨存在在最小單元。
炭黑的活性點存在于炭黑的表面,因此粒子越小,比表面積越大,相同質量炭黑的活性點也就越多,就能更好的發揮炭黑對橡膠的化學結合和物理吸附作用,從而提高炭黑對橡膠輥的補強效應。
炭黑粒子小,分布窄,則膠料的強伸性能和耐磨性能好。
性能 |
當粒徑減小時 |
當結構性增加時 |
當表面粗糙度增加時 |
當用量增加時 |
拉伸強度 |
提高(顯著) |
結晶橡膠下降,非結晶橡膠提高 |
下降 |
出現極大值 |
定伸應力 |
提高(不顯著) |
提高(顯著) |
下降 |
提高 |
硬度 |
提高 |
提高(顯著) |
下降 |
提高 |
拉斷伸長率 |
下降 |
下降 |
提高 |
下降 |
撕裂強度 |
提高 |
結晶橡膠下降,非結晶橡膠提高 |
提高 |
出現極大值 |
耐磨性 |
提高 |
提高 |
下降 |
出現極大值 |
回彈性 |
下降 |
定變形下下降,定負荷下提高 |
提高 |
下降 |
生熱 |
提高 |
定變形下提高,定負荷下出現極小值 |
定變形下下降,定負荷下提高 |
提高 |
導電性 |
提高 |
提高(顯著) |
|
提高(顯著) |