橡胶的补强和填充体系
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第三章 橡胶的补强与填充体系
填料是橡胶工业的主要原料之一，属粉体材料。填料用量相当大，几乎与橡 胶本身用量相当。含有填料的橡胶是一种多相材料。填料能赋与橡胶许多宝 贵的性能。例如，大幅度提高橡胶的力学性能，使橡胶具有磁性、导电性、 阻燃性、彩色等特殊的性能，使橡胶具有好的加工性能，降低成本等作用。
橡胶的补强和填充体系
橡胶的补强和填充体系
二、结合橡胶
结合橡胶也称炭黑凝胶，结合橡胶实质上是填料表面上吸附的橡胶，也就 是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。结合橡胶多则补强性强．所以结合橡
胶是衡量炭黑补强能力的标尺。
►结合胶的生成有两个原因：
一是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合，或者橡胶在加 工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离子与炭黑结合，发生化学 吸附，这是生成结合胶的主要原因。
其二是橡胶大分子链在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的物理吸附，要同 时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的，只要有一、两个被吸附 的链节没有除掉，就有可能使整个分子链成为结合胶。
橡胶的补强和填充体系
一、影响结合橡胶的因素
结合橡胶是由于填料表面对橡胶的吸附产生的，所以任何影响这种吸附的 因素均会影响结合橡胶，其因素是多方面的，以炭黑为典型分述如下：
目前世界上所生产的碳酸钙品种规格有50余种。其生产方法基本上有两种：
一种是机械粉碎碳酸钙矿物(大理石、石灰石、贝壳等)的方法生产的重质 碳酸钙。这种碳酸钙一般粒径较大，平均在44μm以下．粒径分布宽，粒 子形状不规则。 另一种是用化学方法生产的轻质碳酸钙。因为具体的制法是向石灰乳中通 CO2生成碳酸钙沉淀．故也叫沉淀法碳酸钙。这种碳酸钙粒径小，平均粒径 在数微米以下，粒径分布较重质的窄。
橡胶的补强和填充体系
二、无机填料的分类
橡胶的补强和填充体系
（一）白炭黑分类 白炭黑有两种分类法。 第一种按制法及组成分类，分为二氧化硅类(包括气相法和沉淀法)和硅酸盐 类(包括硅酸铝和硅酸钙)。 第二种按BET比表面积分类。对沉淀法白炭黑提出六个等级的比表面积。
橡胶的补强和填充体系
（二）碳酸钙的分类方法
1、按制法分
炉法炭黑：这是炭黑的主要品种，采用油或天然气为原料，在1300一 1650℃的反应炉中反应，炉顶有冷水喷淋。反应到所需程度，其产物再经 袋滤、粉碎、造粒、磁选等后处理得到炭黑,炉法炭黑的特点是含氧量少(约 1％)，呈碱性，灰分较多。
橡胶的补强和填充体系
槽法炭黑：这种炭黑采用铁槽生产。即是使其原料燃烧的火焰从喷嘴喷出到 铁槽底部，不完全燃烧的碳在底部集积，刮下后经一系列后处理而制得炭黑。 转化率大约5％。特点是含氧量大(平均可达3％)，呈酸性，灰分较少。
热裂法炭黑：在空心火砖砌成的大型立式炉中，天然气在1200一1400℃下隔 绝空气使其裂解而制得的炭黑。转化率30％一47％。炭黑粒子粗大，补强性 低，含氧量低(不到0.2％)，含碳量达99％以上。
新工艺炭黑：第二代炭黑，由原炉法炭黑生产工艺改进。新工艺炭黑补强性 比相应传统炭黑高—个等级。新工艺炭黑的聚集体较均匀，分布较窄，着色 强度比传统的高十几个单位，形态较开放。表面较光滑，表面焦油物质较多 。 新工艺炭黑很快地在大范围内应用。N375、N339、N351、N234、N299 等均为新工艺炭黑。
橡胶的补强和填充体系
表3—2代号中第三、四位都是数字，这些数字是任选的．代表各系列中不同 牌号间的区别。例如，N330炭黑就是一种硫化速度正常(也就是炉法生产的)， 平均粒径范围在26—30nm内这个系列中的典型炭黑；N347是这个系列中高 结构的炭黑；N326是这个系列中的低结构炭黑；N339是这个系列中的新工艺 炭黑。它们的共同特点均有N3，后面两位数字表明该系列中不同的规格。
橡胶的补强和填充体系
当然，对某一种填料往往是两种作用兼有，其中一种作用为 主，例如陶土加到SBR中，主要是填充作用，但也有一定的 补强作用。
二、填料的分类
橡胶工业习惯把补强作用的炭黑等称为补强剂，把基本无补强作用的无机 填料称为填充剂，这是按作用分类。填料按不同方法分类如下：
橡胶的补强和填充体系
(一)炭黑的分类
橡胶的补强和填充体系
许多无机填料主要来源于矿物，价格较 低，它们的应用范围也越来越广泛。在 橡胶工业中它们的用量几乎达到了与炭 黑相当的程度。特别是近来无机填料表 面改性技术的研究与应用，使无机填料 的应用领域更加广泛。
炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填料。可以毫不夸张 地说，没有炭黑工业便没有现代蓬勃发展的橡胶工业。 炭黑耗量约占橡胶耗量的一半。
一．何谓补强与填充？
补强：在橡胶中加入一种物质后，使硫化胶的耐磨性、抗
撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能获得较大提高 的行为。凡具有这种作用的物质称为补强剂。
填充：在橡胶中加入一种物质后，能够提高橡胶的体积，
降低橡胶制品的成本，改善加工工艺性能，而又不明显影响 橡胶制品性能的行为。凡具有这种能力的物质称之为填充剂 。最常用的填充剂主要是无机填料．如陶土、碳酸钙、滑石 粉、硅铝炭黑等。
(一)炭黑比表面积的影响
结合胶几乎与填料的比表面积成 正比增加，随比表面积增大，与 橡胶形成的界面积增大(当分散程 度相同情况下)，吸附表面积增大， 吸附量增大，即结合橡胶增加。
橡胶的补强和填Βιβλιοθήκη Baidu体系
(二)混炼薄 通次数的影响
在天然橡胶中试验了5种炭黑，用量50份，薄通次数从0到 50次，结果见图3—56。
橡胶的补强和填充体系
2、按作用分类 ： 硬质炭黑：粒径在40nm以下，补强性高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、 高耐磨炭黑等。 软质炭黑：粒径在40nm以上，补强性低的炭黑，如半补强炭黑，热烈法 炭黑等。
3．按ASIM—1765—81标准分类 该分类方法由四位数码组成一个炭黑的代号(名称)。第一位是英文字码， 有N和S两个，代表硫化速度。若是N，表示正常硫化速度．若是S，代表 硫化速度慢。第二位数字从0到9共10个数字，代表l0个系列炭黑的平均粒 径范围。例如0代表炭黑平均粒径范围在1一l0nm这一系列的炭黑，9代表 炭黑平均粒径范围在20l一500nm这一系列的炭黑。详见表3。
填料是橡胶工业的主要原料之一，属粉体材料。填料用量相当大，几乎与橡 胶本身用量相当。含有填料的橡胶是一种多相材料。填料能赋与橡胶许多宝 贵的性能。例如，大幅度提高橡胶的力学性能，使橡胶具有磁性、导电性、 阻燃性、彩色等特殊的性能，使橡胶具有好的加工性能，降低成本等作用。
橡胶的补强和填充体系
橡胶的补强和填充体系
二、结合橡胶
结合橡胶也称炭黑凝胶，结合橡胶实质上是填料表面上吸附的橡胶，也就 是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。结合橡胶多则补强性强．所以结合橡
胶是衡量炭黑补强能力的标尺。
►结合胶的生成有两个原因：
一是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合，或者橡胶在加 工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离子与炭黑结合，发生化学 吸附，这是生成结合胶的主要原因。
其二是橡胶大分子链在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的物理吸附，要同 时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的，只要有一、两个被吸附 的链节没有除掉，就有可能使整个分子链成为结合胶。
橡胶的补强和填充体系
一、影响结合橡胶的因素
结合橡胶是由于填料表面对橡胶的吸附产生的，所以任何影响这种吸附的 因素均会影响结合橡胶，其因素是多方面的，以炭黑为典型分述如下：
目前世界上所生产的碳酸钙品种规格有50余种。其生产方法基本上有两种：
一种是机械粉碎碳酸钙矿物(大理石、石灰石、贝壳等)的方法生产的重质 碳酸钙。这种碳酸钙一般粒径较大，平均在44μm以下．粒径分布宽，粒 子形状不规则。 另一种是用化学方法生产的轻质碳酸钙。因为具体的制法是向石灰乳中通 CO2生成碳酸钙沉淀．故也叫沉淀法碳酸钙。这种碳酸钙粒径小，平均粒径 在数微米以下，粒径分布较重质的窄。
橡胶的补强和填充体系
二、无机填料的分类
橡胶的补强和填充体系
（一）白炭黑分类 白炭黑有两种分类法。 第一种按制法及组成分类，分为二氧化硅类(包括气相法和沉淀法)和硅酸盐 类(包括硅酸铝和硅酸钙)。 第二种按BET比表面积分类。对沉淀法白炭黑提出六个等级的比表面积。
橡胶的补强和填充体系
（二）碳酸钙的分类方法
1、按制法分
炉法炭黑：这是炭黑的主要品种，采用油或天然气为原料，在1300一 1650℃的反应炉中反应，炉顶有冷水喷淋。反应到所需程度，其产物再经 袋滤、粉碎、造粒、磁选等后处理得到炭黑,炉法炭黑的特点是含氧量少(约 1％)，呈碱性，灰分较多。
橡胶的补强和填充体系
槽法炭黑：这种炭黑采用铁槽生产。即是使其原料燃烧的火焰从喷嘴喷出到 铁槽底部，不完全燃烧的碳在底部集积，刮下后经一系列后处理而制得炭黑。 转化率大约5％。特点是含氧量大(平均可达3％)，呈酸性，灰分较少。
热裂法炭黑：在空心火砖砌成的大型立式炉中，天然气在1200一1400℃下隔 绝空气使其裂解而制得的炭黑。转化率30％一47％。炭黑粒子粗大，补强性 低，含氧量低(不到0.2％)，含碳量达99％以上。
新工艺炭黑：第二代炭黑，由原炉法炭黑生产工艺改进。新工艺炭黑补强性 比相应传统炭黑高—个等级。新工艺炭黑的聚集体较均匀，分布较窄，着色 强度比传统的高十几个单位，形态较开放。表面较光滑，表面焦油物质较多 。 新工艺炭黑很快地在大范围内应用。N375、N339、N351、N234、N299 等均为新工艺炭黑。
橡胶的补强和填充体系
表3—2代号中第三、四位都是数字，这些数字是任选的．代表各系列中不同 牌号间的区别。例如，N330炭黑就是一种硫化速度正常(也就是炉法生产的)， 平均粒径范围在26—30nm内这个系列中的典型炭黑；N347是这个系列中高 结构的炭黑；N326是这个系列中的低结构炭黑；N339是这个系列中的新工艺 炭黑。它们的共同特点均有N3，后面两位数字表明该系列中不同的规格。
橡胶的补强和填充体系
当然，对某一种填料往往是两种作用兼有，其中一种作用为 主，例如陶土加到SBR中，主要是填充作用，但也有一定的 补强作用。
二、填料的分类
橡胶工业习惯把补强作用的炭黑等称为补强剂，把基本无补强作用的无机 填料称为填充剂，这是按作用分类。填料按不同方法分类如下：
橡胶的补强和填充体系
(一)炭黑的分类
橡胶的补强和填充体系
许多无机填料主要来源于矿物，价格较 低，它们的应用范围也越来越广泛。在 橡胶工业中它们的用量几乎达到了与炭 黑相当的程度。特别是近来无机填料表 面改性技术的研究与应用，使无机填料 的应用领域更加广泛。
炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填料。可以毫不夸张 地说，没有炭黑工业便没有现代蓬勃发展的橡胶工业。 炭黑耗量约占橡胶耗量的一半。
一．何谓补强与填充？
补强：在橡胶中加入一种物质后，使硫化胶的耐磨性、抗
撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能获得较大提高 的行为。凡具有这种作用的物质称为补强剂。
填充：在橡胶中加入一种物质后，能够提高橡胶的体积，
降低橡胶制品的成本，改善加工工艺性能，而又不明显影响 橡胶制品性能的行为。凡具有这种能力的物质称之为填充剂 。最常用的填充剂主要是无机填料．如陶土、碳酸钙、滑石 粉、硅铝炭黑等。
(一)炭黑比表面积的影响
结合胶几乎与填料的比表面积成 正比增加，随比表面积增大，与 橡胶形成的界面积增大(当分散程 度相同情况下)，吸附表面积增大， 吸附量增大，即结合橡胶增加。
橡胶的补强和填Βιβλιοθήκη Baidu体系
(二)混炼薄 通次数的影响
在天然橡胶中试验了5种炭黑，用量50份，薄通次数从0到 50次，结果见图3—56。
橡胶的补强和填充体系
2、按作用分类 ： 硬质炭黑：粒径在40nm以下，补强性高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、 高耐磨炭黑等。 软质炭黑：粒径在40nm以上，补强性低的炭黑，如半补强炭黑，热烈法 炭黑等。
3．按ASIM—1765—81标准分类 该分类方法由四位数码组成一个炭黑的代号(名称)。第一位是英文字码， 有N和S两个，代表硫化速度。若是N，表示正常硫化速度．若是S，代表 硫化速度慢。第二位数字从0到9共10个数字，代表l0个系列炭黑的平均粒 径范围。例如0代表炭黑平均粒径范围在1一l0nm这一系列的炭黑，9代表 炭黑平均粒径范围在20l一500nm这一系列的炭黑。详见表3。