炭黑对橡胶的补强填充

2025-03-21 18:43:02

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回答1：

可以买本《炭黑生产与应用手册》参考！！下面给您摘录一论文：
炭黑是橡胶工业中不可缺少的原材料，在橡胶制品中发挥了着色、补强、导电、导热、抗紫外线等功能，橡胶制品的许多性能都与炭黑有直接关系。炭黑对橡胶制品性能的影响主要与炭黑的粒径、表面活性、结构度、用量以及炭黑在橡胶中的分散性有关。在炭黑品种确定的情况下，炭黑用量和在橡胶中的分散性就成为影响橡胶性能的主要因素之一。
炭黑在橡胶中的分散性取决于炭黑的粒径、结构度、用量以及胶料的加工工艺。一般情况下，炭黑的粒径小、结构度低、用量大，在橡胶中的分散性差。加工工艺是影响炭黑分散性的另一重要因素，如辊筒或转子的转速、速比、混炼温度、时间和混炼次数、加料顺序和加料方式等。提高炭黑在橡胶中分散性的方法主要有：①对炭黑进行表面改性，如括化、接枝；②预分散处理，如在炭黑制造过程中加入表面活性剂、制备母炼胶等；③混炼时加人分散剂；④延长混炼时间或增大剪切作用，如快速混炼、减小辊距、增大速比等；⑤采取多段混炼、低温混炼等。大规模生产中采取加分散剂和多段混炼的方法较多。
在贮存、运输以及和橡胶混炼过程中，另一重要问题是炭黑的飞扬。由于炭黑的粒子很细，容易透过设备的缝隙而进人到空气中，随风飘扬，沉积后周围黑乎乎一片，污染环境，影响操作者的身体健康。如何减小飞扬是炭黑用户、生产厂家和环保部门共同关注的问题。解决这一问题的途径主要有两种：①对炭黑造粒；②采取管道输送。其中炭黑造粒是根本途径，目前国际上许多大型的炭黑厂家均对炭黑造粒后销售，虽然提高了成本，但仍然受到用户的欢迎。
本文主要目的在于考察炭黑造粒对胶料混炼过程、炭黑分散性以及硫化胶性能的影响。
一、试验部分
1.主要原材料与配方
天然橡胶(NR)，越南产SVR3L标准胶；粉末N330和颗粒状N330炭黑，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；其他原材料均为市售工业级产品。
基本配方：SVR3L 100，ZnO 5，硬脂酸2，促进剂NOBS 0.9，防老剂4020 2，炭黑50，硫黄2.5。
2.主要仪器与设备
RC90/40 HAAKE转矩流变仪，中石化上海石化研究院生产；SK-160B中160x320mm双辊筒开炼机，上海轻工机械技术研究所生产；HSl00T-RTMO-906全自动平板硫化机，深圳佳鑫电子设备科技有限公司生产；EKT-2000SP型无转子硫化仪，台湾哗中科技有限公司生产；EKT-2000M门尼黏度计，台湾哗中科技有限公司生产；EKT-2002MG炭黑分散度仪，台湾哗中科技有限公司生产；LX-A邵尔A型橡胶硬度计，上海险峰电影机械厂生产；AI-7000S电子拉力机，台湾高铁科技股份公司生产。
3.试样制备
混炼胶制备：采用HAAKE转矩流变仪混炼胶料，其工艺条件为：初始温度46℃，转速60r/min。
加料顺序和混炼时间：NR(塑炼4min)→小料rZnO、SA、4020、NOBS、2R-201(或无)，混炼4min]→N330(粉状或造粒，混炼12min)，排胶，在开炼机上加硫黄混炼2min，薄通打三角包5遍，下片(2mm)停放待用。
炭黑分散度检测试样采用混炼胶，在加硫黄混炼后薄通之前取样，压成5mm厚胶片。
硫化胶试样制备：试样采用HSl00T-RTMO-906型全自动平板硫化机硫化，硫化压力：20MPa；硫化温度：150℃；硫化时间：t90。
4.性能测试
胶料门尼粘度按国家标准GB 1232-82，采用EKT-2000M型门尼粘度计测定；硫化特性按GB9869-22，采用EKT-2000SP型无转子硫化仪测定；拉伸性能按GB/T 528-92测定，采用哑铃状试样，采用AI-7000S型电子拉力机，拉伸速度为500into/min，回程速度为800mm/min；抗撕裂性能按GB529-91测定，采用直角型试样，采用AI-7000S型电子拉力机，拉伸速度为500mm/min，回程速度为800mm/min；硬度按GB 531-92，用邵尔A型橡胶硬度计测定；炭黑分散度用炭黑分散度仪测定，试样采用混炼胶，试样尺寸5mm×5mm。
二、结果与讨论
1.炭黑造粒对NR加工性能的影响
(1)炭黑造粒对NR混炼的影响
为了进行比较，保证材料相同，将颗粒状炭黑重新碾碎成粉末状，炭黑的用量为50份。1#配方为粉末炭黑，20配方为造粒炭黑。
①对转子转矩的影响
用HAAKE转矩流变仪混炼胶料，记录转子转矩随混炼时间的变化关系曲线，结果见图1(略)。
由图1可以看出，造粒炭黑与橡胶混炼时转子的转矩要比混炼粉末炭黑时低，表明炭黑造粒可以降低混炼时的能耗。这可能是由于炭黑造粒后粒子尺寸增大，比表面积减小，炭黑聚集体表面链枝状结构之间的空隙体积减小，夹带的空气量减少，既缩短了胶料吃粉的时间，又使得密炼室中胶料的体积小于粉末炭黑胶料，所以转矩低。
②对密炼室温度的影响
在混炼炭黑的过程中，用热电偶测密炼室的温度随混炼时间的变化曲线，结果见图2(略)。
从图2可以看出，加入炭黑混炼时，密炼室温度快速上升，炭黑混炼大约3rain后密炼室温度上升趋缓；混炼粉末状炭黑时密炼室温度要高于混炼造粒炭黑胶料。这表明炭黑造粒能降低混炼时的生热，这对降低排胶温度、提高炭黑分散性有利。炭黑造粒能降低混炼生热的原因可能在于造粒后颗粒尺寸增大，颗粒比表面积减小，炭黑与橡胶的接触面积减小，因而能减小摩擦生热。另外，颗粒状炭黑在胶料中被破碎成小颗粒时需要吸收能量。
从以上结果可以看出，炭黑造粒对NR的混炼过程有利，能降低能耗，减小生热。
(2)对门尼粘度的影响
用门尼粘度计测两种胶料的门尼粘度，结果见表1。
表1 胶料的门尼粘度

配方编号

1#

2#

门尼粘度[Ml(1+4)100℃]

32.75

31.63

由表1可看出，两种胶料的门尼粘度比较接近，造粒炭黑胶料的门尼粘度略低，这可能与混炼造粒炭黑时密炼室温度较混炼粉末炭黑时低有关，密炼室温度低，橡胶分子链受机械剪切破坏作用大，橡胶的平均分子量下降得多一些，所以粘度要略低一些。
(3)对NR硫化特性的影响
用硫化仪分别测两种胶料的硫化曲线，硫化特性参数见表2。
从表2可以看出，造粒炭黑胶料的焦烧时间和工艺正硫化时间要比粉末炭黑胶料略短，最高转矩大，这可能是由于炭黑造粒能改善炭黑在NR中的分散性引起的。由于炭黑用量相同，炭黑分散性提高，能增大橡胶与炭黑的接触面积，生成更多的结合橡胶，自由橡胶的量减少，而硫化助剂主要分布在自由橡胶中，因此可以增大自由橡胶中硫化助剂的浓度，使硫化速度加快，交联密度增大，所以胶料的焦烧时间和工艺正硫化时间缩短，最高转矩大。
表2 胶料的硫化特性(温度：150℃)

硫化特性参数

配方编号

1#

2#

t1/m：s

2：23

2：14

t90/m：s

11：47

11：20

MI/dN·m

0.76

0.74

MH/dN·m

16.34

17.21

(4)对分散性的影响
为了证实上面的推测，用炭黑分散度仪测试了两种胶料中炭黑的分散度，分散度照片见图3(略)。
由图3可以直观地看出，造粒炭黑胶料中炭黑的分散性要比粉末炭黑胶料中好许多，分散度高且分散较均匀。因此炭黑造粒可以改善炭黑在胶料中的分散性。
2.对NR物理机械性能的影响
胶料的物理机械性能见表3。
表3 胶料的物理机械性能(150℃×t90)

力学性能

配方编号

1#

2#

拉伸强度/MPa

23.80

24.91

300%定伸应力/Mh

10.24

10.63

撕裂强度/kN·m-1

75.34

79.56

拉断伸长率/%

585

538

邵尔A型硬度/度

67

67

拉伸永久变形/%

21

23

由表3可以看出，造粒炭黑胶料的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力要高于粉末炭黑胶料，硬度相同，拉伸永久变形高，扯断伸长率低。这与造粒炭黑胶料中炭黑分散性改善有关。
三、结论
1.炭黑造粒可以改善NR的混炼特性，能降低转子的转矩和混炼生热；
2.炭黑造粒对NR胶料门尼粘度影响不大；
3.炭黑趋粒可以小幅缩短NR的硫化时间；
4.炭黑造粒可以改善炭黑在NR中的分散性；
5.炭黑造粒可以改善NR硫化胶力学性能。

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