橡胶补强与填充体系

• 1944年发明高耐磨炉黑，从此打破槽黑一统天下的局面，50年 代末中超耐磨炉黑工业化生产。
• 1960年出现低结构炉黑，炉黑代替槽黑成为现实，槽黑因效率 低，生产成本高且污染环境，又因槽黑有迟缓硫化的作用，故 在轮胎生产中已基本淘汰。 • 1971年开始生产新工艺炭黑，从此炭黑的质量得以控制。 • 上世纪90年代初低滞后（滚动阻力）炭黑开始盛行。
第二节 炭黑的分类和命名
一、炭黑（carbon black）的定义
由许多烃类物质（固态、液态或 气态）经不完全燃烧或裂解生成的具 有高度分散性的黑色粉末物质，主要 由碳元素组成，是近乎球形的胶体粒 子，而这些粒子大都熔结成形状不规 则的聚集体（aggregate）。
炭
黑
炭黑粒子的SEM照片
二、炭黑的生产工艺方法
炉法 喷雾法 不完全燃烧法 槽法 灯烟法 橡胶用 涂料着色剂
工艺方法
辊筒法 混气法
乙炔法
油漆和油墨用色素 炭黑
干电池生产 橡胶用
热裂解法
热裂法
等离子体法
生产炭黑的原料：
（1）乙烯焦油 （2）蒽油 （3）煤焦油 （4）高炉煤气 （5）天然气 （6）炭黑油
橡胶用炭黑主要生产工艺方法： 1、炉法
炉法是在反应炉内，原料烃（液态烃、气态烃或其混合物） 与适量空气形成密闭湍流系统，通过部分原料烃与空气燃烧产 生高温使另一部分原料烃裂解生成炭黑，然后将悬浮在烟气中 的炭黑冷却、过滤、收集、造粒成成品炭黑的方法。 气炉法 炉法 油炉法 硬质炭黑 软质炭黑
2009年国内炭黑主要生产企业：
序号 公司名称 产量/万吨 2010年产能超过70万吨 1 黑猫炭黑公司 32.82 2 卡博特炭黑公司 32.0 3 河北龙星化工公司 18.28 4 苏州宝化炭黑公司 14.76 5 华东橡胶材料公司 13.63 山东金狮炭黑2011年产能 6 台湾中橡公司 12.89 达到15万吨。 7 石家庄新星化炭公司 9.49 8 大石桥辽滨炭黑公司 8.40 9 河北大光明巨无霸 7.99 10 山西永东化工公司 6.79 11 青岛赢创（德固萨） 6.70 12 青州博奥炭黑公司 6.38 13 山东贝斯特化工公司 6.13
2009年世界各国炭黑产能：
国家或地区 中国 年产能/万吨 430 09年中国炭黑产销情况： 产量：283万吨
美国 208 消费：275.93万吨 日本 75.5 进口：8.9万吨 俄罗斯 73.7 出口：16.2万吨 印度 69.1 韩国 57.0 09年世界炭黑总需求： 巴西 46.5 需求量：977.4万吨 泰国 37.9 年增长：4.2% 德国 32.2 法国 26.4 70%炭黑用于轮胎，20%用于橡胶制品，10%用于油墨、着色剂
无机填料
白炭黑、陶土、碳酸钙、高 岭土、硅铝炭黑等
三．橡胶补强与填充的历史与发展
• 我国发明炭黑已有千余年历史，故称“灯烟”或“烃灯”但均 是作坊式生产，未形成规模。 • 1864年美国用中国古老的工艺方法生产炭黑，并于1872年实现 工业化生产，“炭黑”（carbon black）一词出现并广泛应用。 • 1892年发明槽法CB，直至二战期间占“统治”地位。 • 1904年发现炭黑对橡胶有补强作用。
（4）台湾中橡公司
世界第四大炭黑生产企业，合计产能在80万吨以上。 大陆工厂设在安徽马鞍山，产能在20万吨左右。 （5）印度博拉集团公司 世界第5位炭黑生产商。2005年产能63万吨。目前，该 集团拥有5家炭黑工厂，分别设在泰国、印度（2家）、埃 及和中国。中国公司在辽宁，产能10万吨。 （6）日本东海炭株式会社 2005年的生产能力为30.2万t ，中国的工厂设在天津， 产能4万t 。 其他如美国大陆炭公司、印度塞卡公司、中国黑猫公司、 韩国DC化学公司等。
填充剂
陶土（clay） 碳酸钙（calcium carbonate） 滑石粉（talcum powder） 硅铝炭黑（silica-alumina
carbon black）
高岭土（kaolin） ……
颗粒状
炭黑、白炭黑、无机填料
纤维状
短纤维、石棉、碳纤维
按形态分类
按性质分类 有机填料
炭黑、短纤维、木质素、 果壳粉、胶粉等
白炭黑
silica
本章主要内容
炭黑
(carbon black)
填充剂
filler
分类 命名 对加 工的 影响
结合 橡胶
对性 能的 影响
性质 参数
第一节 概述
一、补强与填充的概念
reinforcement
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。
炉法炭黑生产线
2Fra Baidu bibliotek 喷雾法
喷雾法的原料油是从反应炉的上游端用机械雾化喷嘴喷 入的，这种制造方法由前苏联开发。喷雾炭黑具有粒子大、
结构极高、填充胶料强度中等和永久变形很小的特点，特别 适用于橡胶密封制品。目前我国喷雾炭黑年产量为几千吨。
3. 槽法
槽法是在自然通风的火房内，天然气或煤层气通过数以 千计的瓷质火嘴与空气进行不完全燃烧而形成鱼尾形扩散火
填充
在橡胶中加入一种物质后，能够增大橡胶 的体积，降低制品的成本，改善加工工艺性能 ，而又不明显影响橡胶制品性能的行为。
filling
二、填料（filler）分类
按作用分类
filling agent
reinforcing agent
补强剂
炭黑（carbon black） 白炭黑（silica） 短纤维（short fiber) 有机树脂（organic resin） 无机纳米材料（nano-filler）
世界知名炭黑生产企业：
（1）美国卡博特公司 世界最大的炭黑生产商，在18个国家拥有25家炭黑工 厂，年总产能约为208万t，占全球总产量的21.8%，位居 世界首位。 在中国有上海卡博特、天津卡博特，产能达到 33万吨/年。2002年研发经费高达8300万美元，相当于税 前所得的31% 。 （2）德国德固赛集团 在全球拥有19家炭黑工厂，合计产能约为145万t，占 世界总产能的17.5%，是世界第二大跨国炭黑公司。国内 工厂在青岛胶州，产能达到10万吨/年。 （3）美国哥伦比亚（科伦比恩）公司 世界第三大炭黑公司，全球拥有12家炭黑工厂，合计产 能约106.2万吨。国内工厂在潍坊。