炭黑补强

典型炭黑品种
ASTM系列 1~10 N100 11~19 N110 SAF 超耐磨炉黑 粒径范围nm ASTM名称 英文缩写 中文名称
N200
N300 N400
20~25
26~30 31~39
N220I
N330 N440
SAF
HAF FF
中超耐磨炉黑
高耐磨炉黑 细粒子炉黑
N500
N600 N700 N800 N900 S200
40~48
49~60 61~100 101~200 201~500 20~25
N550
N660 N765 N880 N990 S212I
FEF
GPF SRF-HS FT MT SAF-LS-SC
快压出炉黑

在炭黑尚未成为有效补强剂前，人们用氧化锌作补强剂。一段时间后， 人们才重视炭黑的补强作用。

我国是世界上生产炭黑最早的国家。 1864年美国开始研制炭黑。 1872年世界才实现工业规模的炭黑生产。炭黑的补强性不仅使它得到
广泛的应用，而且也促进了汽车工业的发展。

二战前槽黑占统治地位，50年代后用炉黑代替槽黑、灯烟炭黑，炉黑 生产满足了轮胎工业发展的要求。70年代在炉黑生产工艺基础上进行 改进，又出现了新工艺炭黑。这种炭黑的特点是在比表面积和传统炭 黑相同的条件下，耐磨性提高了5%~20%，进一步满足了子午线轮胎 的要求。

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、热裂法炭黑等。 这种分类方法比较粗略，主要是根据炭黑的性质及 对橡胶的补强效果来分类命名的。
3．按ASTM标准分类 我国在80年代开始采用美国ASTM-1765-81分类命名法。该命名 法由四个字组成，第一个符号为N或S，代表硫化速度。其中N表示正 常硫化速度；而S表示硫化速度慢。N及S符号后有三个数，第一位数 表示炭黑的平均粒径范围；第二位和第三位数无明确意义，代表各系 列中不同牌号间的区别。其粒径按电镜法测得的数据划分为10个范围， 橡胶用炭黑粒径范围在11-500nm之间。

炭黑成为支持橡胶工业发展的重要材料。炭黑
的用途除了用作以汽车轮胎为主的橡胶制品的 补强剂外， 还可用作印刷油墨、涂料、塑料等 的黑色颜料， 以及赋与电池活性物质以导电性 的填充剂等。但是，从数量上看，炭黑在像胶
工业中的需求量占绝对多数， 而这其中约
75% 又用于汽车轮胎。

1939年首次生产了硅酸钙--白炭黑，1950

传统橡胶补强：CB、白CB、有机树脂、 纤维、聚合物共混等 新兴补强：纳米技术

炭黑补强体系

1．炭黑的生产、分类与命名
2．炭黑的组成与结构
3．炭黑的物理和化学性质 4．炭黑对橡胶的补强作用 5．炭黑对橡胶工艺性能的影响 6．炭黑的补强机理
§１橡胶补强与填充的历史与发展
等，如减少半成品收缩率、提高半成品表面平坦性、提高硫化胶硬度及 定伸应力等作用。传统常用的填充剂主要是无机填料，如陶土、碳酸钙、 滑石粉等 注意: 有些填充剂兼有补强和增容作用，两者难于绝对界定，都是以 主导作用来定类的。
迄今,橡胶补强可采取以下几种途径实现: ①炭黑补强 ②浅色补强剂(以白炭黑为主)补强 ③树脂补强 ④短纤维补强。 从补强材料的外形来分，上述①和②呈粉体状， ③呈树脂状,而④ 为纤维状。 它们的补强机理也各不相同：①和②通过橡胶与补强剂之间形成 结合橡胶;③是通过共混引入树脂的特性(以刚性为主) ,赋予共混物以 较好的力学性能;而④则借助于短纤维在橡胶基质中的有规取向而使复 合物得到增强。
1．按制造方法分 （1）接触法炭黑：接触法炭黑，其中包括槽法炭黑、滚筒法炭黑和圆
盘法炭黑。
槽法炭黑转化率大约为5%。其特点是含氧量大（平均可达 3%），呈酸性，灰分较少（一般低于0.1%）。 （2）炉法炭黑： 炉法炭黑的特点是含氧量少（约1%），呈碱性，灰分较多 （一般为0.2%~0.6%），这可能是由于水冷时水中矿物质带来的。
年发明了二氧化硅气相法白炭黑。

近年来无机填料的发展也很快，主要表现
在粒径微细化、表面活性化、结构形状多
样化三方面。从填料来源看对工业废料的
综合利用加工制造填料发展也较快。
§2 炭黑的生产、分类和命名 一．炭黑的定义
炭黑是由许多烃类物质（固态、液态或气 态）经不完全燃烧或裂解生成的。它主要由碳元
素组成，其微晶具有准石墨结构，且呈同心取向， 其粒子是近乎球形的粒子，而这些粒子大都熔结 成聚集体。
ห้องสมุดไป่ตู้ 炭黑的生产
§2 炭黑的生产、分类和命名 二．炭黑的分类 炭黑是橡胶工业的主要补强剂。为适应橡胶工业的 发展要求，人们开发了五十余种规格牌号的炭黑。以前炭
黑分类有按制法分，也有按作用分，后来发展了ASTM1765这种新的分类方法。这种方法的出现结束了以前分类 混乱、缺乏科学表征炭黑的状况，但其缺点是没有反映出 炭黑的结构度。炭黑的几种分类方法分述如下。
（3）热裂法炭黑：转化率30%~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。
（4）新工艺炭黑：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。N375、N339、N352、N234、N299等均为新工艺炭 黑。
2．按作用分：
基本概念：
补强是指能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨性同时获得明显提高的作
用。目前使用的补强剂通常也使橡胶的其他性能发生变化，如硬度和定 伸应力提高，通常也产生一些不利影响，如弹性下降，滞后损失增大、 压缩永久变形增大等。橡胶工业用的主要补强剂是炭黑和白炭黑。
填充是指在橡胶中加入一种物质后能降低成本、增大体积或改善加工性能
橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。

在Spanish时代亚马逊河流域的印第安人就懂得在胶乳中加入黑粉， 当时可能是为了防止光老化。后来制作胶丝时曾用滑石粉作隔离剂。


在Hancock发明混炼机后，常在橡胶中加入陶土、碳酸钙等填料。
1904年，S. C. Mote用炭黑使橡胶的强度提高到28.7MPa，但当时并 未引起足够的重视。