橡胶工艺学第三章橡胶补强与填充体系
橡胶的补强和填充体系
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(1)表示胶料原始状态，长短不等的橡胶分子链被吸附在炭黑粒子表面上。
(2)当伸长时，这条最短的链不是断裂而是沿炭黑表面滑动，原始状态吸 附的长度用点标出，可看出滑移的长度。这时应力由多数伸直的链承担， 起应力均匀作用，缓解应力集中为补强的第一个重要因素。
结合胶比率（以 Mv=2000的为1）
1
13400
6.7
60.9
1.3
300000
150
145.0
3.2
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(六)陈化时间的影响
试验表明，混炼后随停放时间增加，结合胶量增加，大约一 周后趋于平衡，因为固体填料对固体橡胶大分子的吸附不象 固体填料对气体或小分子吸附那么容易，另外化学吸附部分 较慢，也需要一定时间。
(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。
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(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。
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3．轮胎中应用 短纤维提高耐磨耗、耐刺穿、耐撕裂性的特点在工程胎 胎面胶方面很有意义。在胎面胶中掺2.5份就明显地表现出其优越性，在 胎体中、三角胶条中、胎困包布胶中应用都有一定的好处。
4．密封件应用 在耐高压的夹布密封件中、用纤维代替夹布，将大大简化 工艺，节约人力物力。
5．防水片材中应用 提高了抗刺穿、抗割裂能力。
6．减震器中应用 主要利用了短纤维胶料的吸能特点。
《橡胶工艺学》复习思考题
《橡胶工艺学》复习思考题绪论1、简要说明生胶、混炼胶、硫化胶的区别和联系。
2、橡胶最典型的特征是什么？3、橡胶配方的基本组成包括哪些成分？各成分有何作用？4、橡胶基本的加工工艺过程有哪些？5、橡胶配合加工过程中的测试内容包括哪些？第一章生胶1、写出通用橡胶的名称和英文缩写。
2、天然橡胶的分级方法有哪几种？烟片胶和标准胶各采用什么方法分级？3、什么是塑性保持率？有何物理意义？4、天然橡胶中非橡胶成分有哪些？各有什么作用？5、什么是自补强性？6、写出天然橡胶的结构式。
从分子链结构分析为什么NR容易被改性，容易老化？7、NR最突出的物理性能有哪些？为什么NR特别适合作轮胎胶料？8、IR和NR在结构和性能上有什么不同？9、根据合成方法不同，丁苯橡胶有哪两种？10、轮胎胎面胶中使用丁苯橡胶主要是利用其什么特点？为什么SSBR比ESBR更适合做轮胎胎面胶料？11、BR最突出的性能有哪些？轮胎的胎侧使用BR是利用其什么特点/12、什么是冷流性？影响冷流性的因素有哪些？各是如何影响的？13、为什么乙丙橡胶特别适合作电线电缆的外包皮？为什么乙丙胶特别适合作户外使用的橡胶制品如各种汽车的密封条、防水卷材等？14、IIR最突出的性能有哪些？IIR作内胎是利用其什么特点？为什么IIR可以用作吸波材料？15、什么橡胶具有抗静电性？通用橡胶中耐油性最好的橡胶是什么？16、什么是氧指数？哪些橡胶具有阻燃性？17、为什么CR的耐老化、耐天候性要优于其他不饱和橡胶？18、耐热性、耐油性最好的橡胶是什么？什么橡胶可以耐王水的腐蚀？19、耐高低温性能最好的橡胶是什么？耐磨性最好的橡胶是什么？可以做水果保鲜材料的橡胶是什么？为什么硅橡胶特别适合制作航空航天器密封材料？20、哪些橡胶具有生理惰性，可以植入人体？21、通用橡胶中，哪些橡胶具有自补强性？22、什么是热塑性弹性体？23、SMR5、SCR10、SBR1502、SBR1712各表示什么橡胶？第二章硫化体系1、什么是硫化？橡胶硫化反应过程可分为哪几个阶段？2、画出硫化曲线，标出各阶段的名称。
橡胶补强与填充
橡胶的补强与填充
橡胶的补强是指提高橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性能。
补强在橡胶制品加工中十分重要，许多生胶，特别是非自补强性合成橡胶，如果不通过填充炭黑、白炭黑等予以补强，便没有实用价值。
补强剂与填充剂并无无明显界限。
补强通过填充实现，凡能提高橡胶物理力学性能的填充剂称补强剂，又称活性填充剂。
凡在胶料中主要起增加容积、降低成本作用的称填充剂或增容剂。
填料在橡胶工业中用量很大，其中尤以炭黑为甚，炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填充剂，炭黑耗量约占橡胶耗量的50%左右。
炭黑的补强效果极佳，下表给出炭黑对几种重要橡胶材料拉伸强度的补强效果，可以看出，对于一些合成橡胶如SBR、NBR、EPDM等，炭黑的补强倍率达到8～10倍。
另外炭黑还具有优异耐磨性，特别适于制作轮胎胎面胶。
除炭黑外，常用的补强剂还有白炭黑（水合二氧化硅SiO
2·nH
2
O、硅酸盐类）
和某些超细无机填料。
白炭黑的补强效果仅次于炭黑，故称白炭黑。
由于其色泽浅，故广泛用于白色和浅色橡胶制品。
橡胶制品中常用的填充剂有碳酸钙、陶土、滑石粉、硅铝炭黑等。
橡胶配合体系
（二）硫化温度和硫化时间
硫化温度是硫化反应的最基本条件。硫化温度的高低，可直接影响硫化
速度、产品质量和企业的经济效益。 硫化温度高，硫化速度快，生产效率高； 反之生产效率低。
提高硫化温度会导致以下问题： (1)引起橡胶分子链裂解和硫化返原，导致胶料力学性能下降； (2)使橡胶制品中的纺织物强度降低；
炭黑、果壳粉、软木粉、木质素、煤粉、树脂等。 陶土、碳酸钙、硅铝炭黑等。 炭黑及绝大多数无机填料。
绝大多数树脂填料。
石棉、短纤维、碳纤维、金属晶须等。
黑色填料 按颜色分 非黑色填料
第二节 常用填充剂
一、炭黑 二、白炭黑 三、有机填充剂 四、无机填充剂 五、短纤维填充剂 六、纳米增强技术
一、炭黑
1. 炭黑的分类： 按制法分 炉法炭黑 槽法炭黑 热裂法 新工艺炭黑 硬质炭黑 软质炭黑
3. 选用原则
①促进剂的工艺性能
②制品的使用性能
从工艺性能角度出发， 要求胶料不易焦烧，硫 化速度快，而且不容易 过硫。
要求硫化胶有良好的物 理性能，硫化胶的性能由其 网络结构所决定。
三、活化剂
1.种类
（1）无机类： ZnO、MgO、PbO、 SnCl2 （2）有机类： 硬脂酸（锌）、月桂酸（锌）、 二乙醇胺、二苯基胺等
（二）硫化历程图
根据硫化历程分析，可将硫化曲线分成四个阶段 ◆ 焦烧阶段：热硫化开始前的延迟作用时间，反映了加工安全性。该阶段取决 于促进剂的品种和用量。 ◆ 热硫化阶段：硫化反应的交联阶段，逐渐产生网络结构，该阶段斜率的大小 反映了硫化速度的快慢。 ◆ 平坦硫化阶段：交联反应基本完成。硫化平坦期的长短取决于胶料配方。 ◆ 过硫化阶段：相当于硫化反应阶段中网构形成的后期。
炭黑
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绪论橡胶配合加工内容●主要内容：原料及配合；加工工艺过程；性能测试。
●配合系统：生胶，硫化体系，补强填充体系，防老体系，增塑及操作体系，特种配合体系。
●加工过程：炼胶，压延，挤出，成型，硫化。
●塑炼：定义为降低分子量，增加塑性，改善加工性能，制成可塑性符合要求的塑料胶。
●混炼：定义为经过配合，将橡胶与配合剂均匀地混合和分散，制成混炼胶。
●门尼粘度：用门尼粘度计测量的是橡胶的本体黏度，原理是将胶料填充在粘度计的模腔和转子之间，合模，在一定温度下（一般为100℃）预热（一般1min），令转子转动一定时间（一般4min）时测得的转矩值（N·m）。
该值越大，表明胶料的黏度越大，常用ML（1+4）100℃表示。
●门尼焦烧：这是个表明胶料焦烧时间的指标，通常是在120℃下测定（加有硫化体系配合剂）从最低点起，上升5个门尼值的时间。
这个时间越大表明胶料越不容易发生焦烧，加工越安全。
第一章生胶❖分类（按来源）：天然橡胶（NR）和合成橡胶。
合成橡胶又分为通用橡胶和特种橡胶。
❖通用橡胶：丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）、异戊橡胶（IR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（IIR）、乙丙橡胶（EPM，EPDM）.❖不饱和非极性橡胶：NR、SBR、BR、IR；不饱和极性橡胶：NBR、CR；饱和非极性橡胶：EPM、EPDM、IIR；❖天然橡胶（NR）主要由顺—1,4—聚异戊二烯构成，其综合性能好。
❖丁苯橡胶(SBR)是丁二烯和苯乙烯的共聚物，是产量最大的通用橡胶，70%用于轮胎业，根据聚合方法分为乳聚丁苯和溶聚丁苯。
❖苯乙烯含量对丁苯橡胶性能的影响：随着苯乙烯含量的增加，其SBR的性能向聚苯乙烯趋近。
表现为Tg、模量、硬度上升，耐热老化性变好，挤出收缩率变小，挤出物表面光滑，而耐磨性下降，弹性减小。
❖顺丁橡胶(BR)也称聚丁二烯橡胶，弹性最好的通用橡胶，滞后损失小，生热少。
❖乙丙橡胶(EPM,EPDM)属于碳链饱和非极性橡胶，耐臭氧老化性和耐热老化性是通用橡胶中最好的，被誉为不龟裂的橡胶。
橡胶工艺学第三章 橡胶补强与填充体系
炭黑牌号 C
N330
97.96
S300
95.64
N990
99.42
H 0.30 0.62 0.33
O 0.83 3.53 0.00
S 0.59 0.19 0.01
灰分 0.32 0.02 0.27
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4.2 表面基团: 自由基， 氢，羟基，羧基，酯基及 醌基，可发生氧化，取代， 还原，接枝等反应，是炭 黑表面改性的基础。
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二.炭黑的微观结构和性质:
炭黑的基本结构单元是聚集体， 微观结构是指炭黑聚集体内部 的结构。
层次为：元素碳－碳核（六边 形）－多核表面－炭黑微晶－ 炭黑粒子－炭黑的一次结构 （聚集体）
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粒径（或比表面），结构度和表面活性是炭黑 的三大基本性质，常称为补强三要素。
1.粒径及分布：粒径常用平 均粒径表示，单位 nm。 分布窄的补强效果好，一 般用电镜观察至少2000粒 子，作粒径分布曲线，越 细分布往往越窄。
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炉法炭黑的比较
方法 气炉法 油炉法
原料
只使用气态烃 如：天然气
只使用液态烃 如：柴重油
转化率 28％～37％。 40％～75％。
共同特点：含氧量小（约1％），呈
碱性，灰分较多（0.2％－0.6％）
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⑶.热裂法炭黑：
在已预热的反应炉（1200－1400 ℃）内，将天然气或乙炔在隔绝空气 条件下使其裂解而制得的炭黑。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。
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黑胶料混炼时间与分散程度、流变性能、 橡胶物理机械性能的关系见下图
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对混炼胶粘度的影响： • 炭黑粒子越细，结构度越高，填充量越大，
橡胶补强体系
7、对热性能的影响 炭黑对胶料耐热性影响不是很大，随炭黑用量增多，耐 热性稍有提高。
炭黑粒径小，表面活性高，用量大，胶料的耐寒性变差。 炭黑粒径小，结构度高，用量大，胶料导热系数增大，传 热加快。
8、对耐油性的影响
2、白炭黑的结构
微观结构：球形原生粒子。 气相法白炭黑内部结构为排列紧密的三维网状结构硅酸； 沉淀法白炭黑的结构为二维、三维结构的硅酸。 一次结构：聚集体结构（多个原生粒子聚集在一起） 二次结构：由聚集体通过氢键吸附在一起的附聚体。
微观结构
一次结构
二次结构
结构度：白炭黑聚集体表面链枝状结构的发达程度，即链枝
纯胶硬度+1/3 ×炭黑份数 纯胶硬度+1/4 ×炭黑份数
4、对耐磨性的影响
炭黑粒径小，表面活性大，分散性好，胶料耐磨性好； 结构度对耐磨性影响较复杂，说法不一。 炭黑的用量对胶料耐磨性存在一最佳用量。
5、对弹性的影响
粒径小、结构度高、表面活性大，用量大，胶料的弹性 差。其中炭黑用量影响最大。
6、对拉断伸长率的影响
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
无机填料
白炭黑、陶土、碳酸钙、高 岭土、硅铝炭黑等
第二节 炭黑
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）。
补强与填充体系
炭黑对橡胶加工性能的影响
炭黑对橡胶加工性能的影响
炭黑对橡胶加工性能的影响
（二）炭黑的结构和粒径的影响 炭黑粒径越小，焦烧越快。 炭黑粒径越小，焦烧越快。这是因为粒 径越小，比表面积越大，结合胶越多， 径越小，比表面积越大，结合胶越多，自由胶 中硫化剂浓度较大的原因。 中硫化剂浓度较大的原因。
炭黑对橡胶加工性能的影响
炭黑对橡胶加工性一般来说，炭黑的结构性高， 一般来说，炭黑的结构性高，混炼 胶的压出工艺性能较好，口型膨胀率小， 胶的压出工艺性能较好，口型膨胀率小， 半成品表面光滑，压出速度快。 半成品表面光滑，压出速度快。炭黑用 量的影响也很重要，用量多，膨胀率小， 量的影响也很重要，用量多，膨胀率小， 所以FEF等快压出炭黑适用于压出胶料。 等快压出炭黑适用于压出胶料。 所以 等快压出炭黑适用于压出胶料
炭黑对橡胶加工性能的影响
2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂 混炼过程中炭黑聚集体的断裂
混炼中炭黑会断裂。 混炼中炭黑会断裂。用热解方法及溶解方 特殊处理除去结合胶的影响） 法（特殊处理除去结合胶的影响）从SBR1500 份炭黑的混炼胶中分离出炭黑， 家50份炭黑的混炼胶中分离出炭黑，用电镜和 份炭黑的混炼胶中分离出炭黑 DBP法测定聚集体的形态结构。聚集体的吸油 法测定聚集体的形态结构。 法测定聚集体的形态结构 投影面积、重均粒数（ 均减少， 值、投影面积、重均粒数（NP,W)均减少，说明 均减少 混炼过程中聚集体断裂。 混炼过程中聚集体断裂。
炭黑对橡胶加工性能的影响
二、炭黑性质对压延和压出的影响 炭黑性质对压延和压出的影响 压延和
压延、压出是橡胶加工的重要过程，对压 压延、压出是橡胶加工的重要过程， 是橡胶加工的重要过程 压出来说，最重要的是收缩率（纵向）、 延、压出来说，最重要的是收缩率（纵向）、 膨胀率（横向）要小，表面光滑，棱角畸变小。 膨胀率（横向）要小，表面光滑，棱角畸变小。 是否填充、填料性质，特别是形态（炭黑结构） 是否填充、填料性质，特别是形态（炭黑结构） 对其影响很大。 对其影响很大。
橡胶补强体系
7、对热性能的影响 炭黑对胶料耐热性影响不是很大，随炭黑用量增多，耐 热性稍有提高。
炭黑粒径小，表面活性高，用量大，胶料的耐寒性变差。 炭黑粒径小，结构度高，用量大，胶料导热系数增大，传 热加快。
8、对耐油性的影响
炭黑粒径小，表面活性高，用量大，胶料的耐油性变好。
第三节 白炭黑对橡胶的补强
1、白炭黑的粒径
指白炭黑原生粒子平均直径，一般用比表面积反映。 气相法白炭黑粒径8～17nm，比表面积＞190m2/g 沉淀法白炭黑粒径17～28nm，比表面积70～190m2/g 白炭黑的粒径小，比表面积大是其对橡胶产生补强作用的主 要原因。
炭黑对硫化胶性能的影响
1、对拉伸强度的影响
炭黑粒径小，表面活性大，结构度高，拉伸强度高；随 炭黑用量增大，拉伸强度先增后降。
2、对撕裂强度的影响
炭黑的粒径小，撕裂强度高；粒径相同时，对结晶性橡胶，结构度低 的炭黑，撕裂强度高；对非结晶性橡胶，结构度高的炭黑，撕裂强度高； 随炭黑用量增大，撕裂强度先增后降。
炭
黑
炭黑粒子的SEM照片
二、炭黑的结构度(structural degree)
（一）炭黑的结构
1．炭黑的微观结构
炭黑微晶结构
炭黑原生粒子结构示意图 （同心取向准石墨结构）
2、炭黑的一次结构
即炭黑聚集体（aggregate），又称为基本聚熔体或原生结构，它 是炭黑的最小结构单元。形状类似葡萄串。 这种结构在橡胶的混炼及加工过程中，除小部分外，大部分被保留， 所以可视其为在橡胶中最小的分散单位，所以又称为炭黑的稳定结构。
纯胶硬度+1/3 ×炭黑份数 纯胶硬度+1/4 ×炭黑份数
橡胶填料的补强与填充！
橡胶填料的补强与填充！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。
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。
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。
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。
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。
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：选用填料的方法根据上述三个原则，首先选大类。
例如先要决定用粉体填料还是用短纤维；用黑色的还是用浅色的；用一般的还是用特殊性能的等。
接下来选品种。
例如在红色天然橡胶内胎中选用填充剂，因为要做成红色的，所以选用白色填料，价格便宜的CaCO3较好。
因为内胎强伸性能不能太低，特别要求气密性．故不能用太粗的，应选用轻质的CaCO3 。
1、选用填料的原则调料的选用应注意以下原则：符合填充胶料或橡胶制品物理力学性能和成品最终使用性能的要求；符合填充胶料或橡胶制品加工工艺性能的要求；成本要求和其来源稳定等其他实用要求。
橡胶工艺学多媒体教程(绪论)
特征
电绝缘性 (insulating property)
有老化（aging）现象
二、橡胶工艺学主要内容
compound Text
橡胶配合
性能测试
•配合与配方
•配合内容 •配方组成 •各成分作用 •表示方法
•配方设计
formula/recipe
formulation
橡胶加工
• 炼胶(compounding) • 压延(calendering) • 挤出(extruding) • 成型(assembling) • 硫化(curing)
1、橡胶配方的组成
生胶(raw rubber)：天然橡胶、通用合成橡胶、特种合成橡胶
硫化体系(curing system)：由硫化剂、促进剂、活化剂组成
补强填充体系：补强剂（炭黑、白炭黑、短纤维等）、
配
填充剂（碳酸钙、陶土、滑石粉、粘土）
方 防护体系：防老剂、光屏蔽剂、防霉剂
增塑与操作体系：增塑剂、润滑剂、分散剂、防焦剂等 特种配合体系：增粘剂、着色剂、阻燃剂、导电剂、发泡
• 20世纪初，橡胶配方设计起步，促进剂不断更新，发现炭黑有补强作 用，使炭黑成为橡胶工业必不可少的原材料。
现焦烧(scorch)现象。
（4）硫化特性(cure characteristics)
用硫化仪(cure meter)测硫化曲线，获得胶料 的硫化特性参数，如焦烧时间(scorch time)、正 硫化时间(optimum cure time)长短、硫化速度快 慢、交联程度、返原(reversion)现象及程度等。
第十三章 硫化工艺（3学时）
4
《橡胶工艺学》精品课程多媒体教程
绪论
2学时
主要内容： （1）橡胶的概念与特征 （2）橡胶工艺学的主要内容 （3）橡胶的发展历史及趋势 （4）橡胶的应用
橡胶工艺学-第三章
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。
一、炭黑（carbon black）的定义
由许多烃类物质（固态、液态或 炭 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 黑 子，而这些粒子大都熔结成形状不规 则的聚集体（aggregate）。
炭黑粒子的SEM照片
二、炭黑的生产工艺方法
工艺方法
不完全燃烧法
炉法 喷雾法 槽法 灯烟法 辊筒法 混气法
橡胶用
涂料着色剂 油漆和油墨用色素 炭黑
乙炔法
干电池生产
热裂解法 热裂法 等离子体法
橡胶用
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。
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。
橡胶工艺学第三章
1、名词解释：补强：指能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性同时获得明显提高的作用。
填充：起增大体积、降低成本、改善加工工艺性能作用。
填料的一次结构和聚集体：聚集体尺寸、形状和表面等影响填充橡胶的性能。
包容胶：在炭黑聚集体链枝状结构中屏蔽（包藏）的那部分橡胶，又称为吸留橡胶。
吸留橡胶：同上炭黑结合胶：也称炭黑凝胶，指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那部分橡胶。
炭黑凝胶：指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那部分橡胶。
应力软化效应：一定试验条件下，将硫化胶拉伸至给定伸长比，去掉应力，恢复，循环操作，则每次拉伸到同样伸长比所需应力都比前一次低，每次曲线都在前一次的下面。
填料的结构化效应：结构化随胶料停放时间延长而增加，严重的到失去加工性以至于报废。
橡胶补强的大分子链滑动学说：（炭黑粒子表面的活性不均一，有少量强的活性点以及一系列的能量不同的吸附点。
）吸附在炭黑表面上的橡胶链可以有各种不同的结合能量，有多数弱的范德瓦尔斯力的吸附以及少量的化学吸附。
吸附的橡胶链段在应力作用下会滑动伸长。
2、问答题：(1) 填料的分类及其在橡胶中的主要作用。
填料分类：填料可赋予橡胶补强、增容和特殊功能(2) 炭黑的分类、结构与性能。
a.按制法分：接触法炭黑（槽法炭黑）、炉法炭黑、热裂法炭黑、新工艺炭黑b.按作用分：硬质炭黑、软质炭黑c.按ASTM-1765 标准分类：N －正常硫化速度、S －硫化速度慢结构层次：碳原子→碳核（六边形）→层面→微晶→粒子→聚集体性能：粒径越细，混炼越困难，吃料慢，生热高，分散越困难。
(3) 白炭黑、陶土和碳酸钙的分类、结构与性能。
白炭黑由制备可分两种：气相法和沉淀法。
结构：主要组成是二氧化硅，是无定形的链枝状聚集体。
性能：1、与胶料混炼时，白炭黑趋于二次附聚，对橡胶的亲和性远低于炭黑，且粒子越细，越难分散。
2、白炭黑补强橡胶具有撕裂强度高、绝缘性好、生热低。
陶土按补强效果可分为硬质陶土和软质陶土，硬质陶土略有补强性，软质陶土没有。
第三章_橡胶补强与填充体系
2．白炭黑表面的吸附作用
白炭黑表面有很强的化学吸附活性，这与 表面羟基有关。它可以和水以氢键形式结合， 形成多分子吸附层。除此之外，它还可与许 多有机小分子物质发生吸附作用。 多官能团的胺类或醇类的吸附性高于单官能 团的，所以SiO2胶料中常用乙醇胺、乙二醇、 三乙醇胺等多官能团化合物做活性剂。
（二）白炭黑对硫化胶性能的影响
三．白炭黑的表面化学性质
1．表面基团 相邻羟基（在相邻的硅原子上），它对极性物质的吸附作用十分重要； 隔离羟基，主要存在于脱除水分的白炭黑表面上。这种羟基的含量， 气相法白炭黑比沉淀法的要多，在升高温度时不易脱除；双羟基，在 一个硅原子上连有两个羟基。 白炭黑表面的基团具有一定的反应性，表面的反应包括：失水及水解反 应、与酰氯反应、与活泼氢反应、形成氢键等。
第三章 补强与填充体系
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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。
偶联剂对NBR硫化胶耐磨性能的影响
• 加入偶联剂后，NBR硫化胶的耐磨性明显 提高，这是因为阿克隆磨耗主要是指磨损 磨耗，而胶料的定伸应力大，摩擦表面凸 起部分压入橡胶内的深度减小，减弱了剪 切应力，从而提高了耐磨性能
§3-8无机填充剂
一．无机填料的特点 与炭黑相比，无机填料具有以下特点： （1）来源丰富，主要来源于矿物，价格比较低； （2）多为白色或浅色，可以制造彩色橡胶制品； （3）制造能耗低，制造炭黑的能耗比无机填料高； （4）某些无机填料具有特殊功能，如阻燃性、磁性等； （5）对橡胶基本无补强性，或者补强性低。
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20-27
EPDM
3.0-6.0
18-25
BR
8.0-10.0
18-25
NR
16.0-24.0 橡胶工艺学第三章橡胶补强与填充 体系
24-35
4
填充可起到增大体积，降低成本， 改善加工工艺性能，如减少半成品收 缩率、提高硫化胶硬度。
常用的有陶土，碳酸钙，滑石粉等。
橡胶工艺学第三章橡胶补强与填充
5
体系
measurement are included in this standard.
1.4 This standard does not purport to address all of the safety concerns, if any,
associated with its use. It is the responsibility of the user of this standard to establish
appropriate safety and health 橡p胶ra工ct艺ic学e第s 三an章d橡d胶e补te强rm与填in充e the applicability of reg8ulatory
limitations prior to use.
体系
Ⅰ.按制造方法分
接触法炭黑 炉法炭黑 热裂法炭黑 新工艺炭黑
of publication of this classification system are listed in Table 1 together with some of
their typical properties. ASTM classification numbers (“N” or “S” designation) not
average surface area of the carbon black. The last two characters are assigned arbitra
1.2 All rubber-grade carbon blacks for which a number is currently assigned at the tim
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体系
炉法炭黑的比较
方法 气炉法 油炉法
原料
只使用气态烃 如：天然气
只使用液态烃 如：柴重油
转化率 28％～37％。 40％～75％。
共同特点：含氧量小（约1％），呈
碱性，灰分较多（0.2％－0.6％）
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体系
⑶.热裂法炭黑：
在已预热的反应炉（1200－ 1400℃）内，将天然气或乙炔在隔绝 空气条件下使其裂解而制得的炭黑。 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。
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⑴.接触法炭黑:
把原料气燃烧的火焰同温度较低的 收集面接触，使不完全燃烧的炭黑 冷却并附着在收集面上，再加以收 集。
包括槽法炭黑，滚筒法炭黑和圆盘 炭黑。
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槽法炭黑是以天然气为原料，通过特 别的火嘴，使炭黑沉积在槽钢表面， 并加以收集。
designation is officially reactivated or assigned by Subcommittee D24.41
1.3 The values stated in SI units are to be regarded as standard. No other units of
1. Scope
1.1 This classification system covers the classification of rubber-grade carbon blacks
by the use of a four-character nomenclature system. The first character gives some
影响。
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1.补强与填充的重要性:
橡胶工业用的补强剂是炭黑和白炭黑。 炭黑可以使橡胶的强度提高约10倍。
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炭黑对橡胶的补强效果
胶种 SBR
未补强
炭黑补强
的拉伸强度/MP 的拉伸强度/MP
a
a
2.5-3.5
20-26
NBR
2.0-3.0
原料为甲烷为主的天然气，故又称为 天然气槽法炭黑或瓦斯槽法炭黑。槽 法炭黑转化率大约为5％。特点是含氧 量大（约3％），呈酸性，灰分较少 （低于0.1％），现已很少使用。
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⑵.炉法炭黑：
这是炭黑的主要品种。采用气态 烃，液态烃或混合作为原料，供以适 量的空气，在反应炉内高温下燃烧， 生成的炭黑悬浮在烟气中，经冷却后 收集。
2.填料的分类:
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第二节 炭黑的品种与性质来自橡胶工艺学第三章橡胶补强与填充
7
体系
一.品种及分类:
ASTM D1765 (Rubber Standards) Standard Classification System for Carbon Blacks Used in Rubber Products
indication of the influence of the carbon black on the rate of cure of a typical rubber
compound containing the black. The second character gives information on the
第三章 橡胶的补强与填充体系
橡胶工艺学第三章橡胶补强与填充
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第一节 概述
补强剂与填充剂统称填料，起提高各项力学性 能,降低成本的作用。
炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填料，其耗量 约占橡胶耗量的一半。无机填料的用量已和炭黑用量 相当。
一次结构粒径、形态、表面活性等填料性质对于
填充聚合物体系的加工性能和成品性能具有决定性的
listed in Table 1 have either been withdrawn or are not currently assigned. The use o
inactive or unassigned N or S designations is prohibited until such a time as the