硅橡胶用白炭黑 - 360文档中心

气相法白炭黑补强作用研究

气相法白炭黑补强作用研究气相法白炭黑的重要应用领域－－复合绝缘子（广州吉必盛宣传部）气相法白炭黑是一种重要的无机功能材料，有着广泛的应用，在硅橡胶和特种橡胶中主要用作补强剂，其补强效果甚至超过碳黑。

在硅橡胶中加入气相白炭黑后，可使胶料拉伸强度提高20倍左右，撕裂强度提高40倍，且透明度高。

气相白炭黑用于丁睛橡胶、羟基丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶中，制造出的油田用橡胶件的性能，与采用沉淀白炭黑或炭黑的胶料比，具有更高的硬度、拉伸强度，以及较好的耐磨性和较低的水膨胀性。

气相白炭黑对橡胶的补强性能主要取决于白炭黑粒子的大小、结构和表面化学性质。

通常情况下，粒子的大小以平均粒径或比表面积表示，其测定方法有电子显微镜法或BET吸附法。

在TEM 电镜下对气相白炭黑进行观察，白炭黑粒子呈球形颗粒，它们并不是以单个的粒子存在，很多个白炭黑粒子聚集成在一起，这些聚集体又附聚在一起形成带空隙的结构，在基料中经分散静止后形成三维网状结构，这种三维网状结构是一种动态的、暂时的结构，在外力的作用下会发生变形，空隙的形状和大小也会随之发生变化，很有“揉性”。

在TEM电镜下还可以观察到白炭黑粒子的表面布满了很多微孔，这种微孔从粒子的表面延伸到里面，不过微孔很小，橡胶分子很难进入。

对气相白炭黑进行红外测试，可以发现粒子的表面有大量的硅烷醇基团（SiOH），有两种羟基存在，一是孤立的自由羟基，以一定的间距“联”在颗粒的表面；二是连生的、形成氢键的缔合羟基，在颗粒的内部则是以Si-O-Si结合。

由于表面的氢键作用，使之形成的附聚体既发达又牢固。

气相白炭黑在基料中形成的这种三维网状结构起到了骨架作用，从而对硅橡胶和特种橡胶具有很好的补强作用，补强作用的大小与这种网状结构的形状和牢固程度有直接的关系。

白炭黑粒径越小，比表面积越大，形成的附聚体的刚性越强，粒子与胶料的接触面大，结合点多，对橡胶的补强性能越好，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性也高，但弹性下降，因此混炼黏度增大，加工性能恶化。

高性能硅橡胶用沉淀法白炭黑新品种

白炭黑具有优良的加工性，易于分散，其胶料表现出好看的外观和理想的机械性能、电绝缘性能和光学性能。
关键词：沉淀法白炭黑；硅橡胶；加工；应用性能
众所周知，沉淀法白炭黑是硅橡胶工业的重
明度与减少黄变性和优异的机械性能的组合这一
而这恰恰是ＨＶ橡胶所需要的。这些性能对于Ｔ硅键盘产品是必不可少的，此产品是目前亚洲地区
图１沉淀法白炭黑生产工艺示意图
最大的应用之一。
Ｅｏｉｇｓａ司既生产Ａｅｏｉ相法白ｖｎｋＤｅｕｓ公ｒｓ气ｌ这些新产品有助于调整硅橡胶的性能，例如胶料外观、机械性能和光学特性，以及重要的动态性能（压缩永久变形）。本文还将介绍诸如高透炭黑，也生产Ｓｐｍａ￣种沉淀法白炭黑，扩大了ｉｅｔ＠为有机硅行业定制的补强填充剂新产品类别的范围。该公司在技术信息１４号中详细介绍了所有２６
强填充剂的形象—— 即只能实现轻微的补强效
应。定制沉淀法白炭黑能够提供气相法白炭黑所
无法获得的性能。这一产品门类的成功之处，乃
是基于白炭黑表现出诸如配混快捷简便、具有良
好的动态性能（压缩永久变形）等优势的事实，
要补强材料，主要用于鞋类、轮胎和其它浅色橡胶制品。不仅如此，沉淀法白炭黑还可被用作硅橡胶的补强填充剂。文介绍Ｅｏｉｅｕｓ公司本ｖｎｋＤｇｓａ

白炭黑使用

白炭黑使用过程中存在的问题及解决办法
一、白Байду номын сангаас黑在橡胶中：
1、扯断强度不够的原因：白炭黑比表面积低；混炼不够，使得白炭黑未能很好的分散于橡胶中；白炭黑存在大量的难分散的颗粒，其成分主要为硅凝胶
2、胶料中存在白点：白炭黑存在大量的难分散的颗粒，其成分主要为硅凝胶
3、胶料颜色发灰，发黑：白炭黑中铁、锰含量较高；白炭黑中含有灰尘，主要是换热器管子有破裂造成的。
5、对于吸水白炭黑，如尿不湿中，需要高吸油值的产品，这样能够更好地吸收尿液，代替吸水树脂。在使用时要将白炭黑气粉料中的空气抽去，使体积压缩。0 Y2 S+ Z! |' M
三、载体中1 d. r: ^7 s6 z9 e: O
1、此类一般对白炭黑的要求不高的，但是需要流动性好的，要造粒白炭黑
2、需要缓释的，要吸油值高的，比方对维生素等微粒元素的载体，吸油值越高越好，而且起到防结块、易分散作用
四、其他
1、硅橡胶中，白炭黑在硅橡胶中会发生反应的，对一般的硅橡胶来说需要普通超细的即可，对于高质量的硅橡胶需要低铁（铁高了产品颜色发黄、发红）的产品。高吸油值大比表面积的低铁产品是上上之选，它可以更好地与硅橡胶原料发生反应) A, g& K0 \: m
4、胶料定伸不够：与扯断强度成反比。与硬度成反比，一般来说，高透明鞋底要求硬度大点。6 Q: O( o* k& B9 R: i
二、在油漆涂料中
1、消光效果不好，改性剂添加过量（对有的油漆来说，改性剂添加了反而不好）；超细颗粒过细；白炭黑吸油值不高，最好在3.4以上（DBP）；粒径分布不均
2、对于塑料、塑胶产品来说最好需要大比表面积、高吸油值的产品，最好需要改性，这样所得产品耐磨、耐老化、透明度好，保持颜料本色。

用于高性能硅橡胶的新型定制沉淀法白炭黑

性能等明显优势。另外值得强调的一点就是这些
产品混入快而且容易分散，而缩短混炼时间，从达
１工艺
用于硅橡胶的特种白炭黑中Ｓｐｒａ９ｉｅｎｔ２８的
比表面积最大，大约２０／（２。采用Ｓｐｒ０ｍ。ｇ图）ｉｅ－
机包括两个高粘度的行星式搅拌器，个高速分两
配器和一个刮刀（于刮擦容器的侧壁）用。这种变速（１１ｒｍｉ）星式刮刀是由１１２ｐ电１～１０／ｎ行～／ｈ动机驱动的。而单独高剪切式转子一子混炼机锭
为展现不同产品在ＨＴＶ硅橡胶中的各种性能，选用了尽可能简单的配方进行应用实验：０１０份ＶＭＱ硅橡胶；０份白炭黑；．４３２份加工助剂；１０的硫化剂ＤＰ（，一甲基一，一．ＨＢ２５二２５二特丁基过氧）己烷。
到节能降耗的目的。
’
硅氧烷工业中，合成白炭黑主要用作硅橡胶补强剂以获得足够的物理机械性能从而满足应用要求。总体来说，ｖｎｅｕｓＥｏｉＤｇｓａ销售的牌号为Ｓｐｋｉ— ｅｔｍａ的特殊白炭黑（Ａｅｏｉ工艺生产的气相法按ｒｓｌ
能适合用于特殊的硅橡胶用途。沉淀法白炭黑可
以赋予气相法白炭黑达不到的性能，此类产品的成功源于沉淀法白炭黑的混炼快捷简易以及动态性能好（压缩永久变形）而这正是ＨＴＶ硅橡胶，所需要的，亚洲最大应用产品之一的按键垫产如品就要求具有这些性能。

白炭黑标准-气相发

白炭黑（气相法）标准名称白炭黑（气相法）标准说明白炭黑（气相法）本标准适用于四氯化硅气估在氢氧焰中高温下水解制得的气相白炭黑。

白炭黑主要用于各种硅橡胶被强剂，农药分散剂，涂料的消光剂，处理各种纤维品塑料薄膜。

分子式：SiO2分子量：60（按1982年国际原子量）指标甲产品分五个品名：1号可用于涂料填加剂、电子原件包封料。

2号适用于硅橡胶的补强剂。

3号广泛用于树脂增粘剂、合成润滑油的稠化剂、电子原件包封料、玻璃钢制品的充填及触变剂。

4号适用一硅脂的稠化剂。

5号适用于特种硅橡胶的补强剂。

一、技术要求白炭黑（气相法）应符合下列要求甲乙项目 1# 2# 3# 4# 5# 2# 4# 指标外观高度分散白色絮状粉末比表面积，m2/g 75"105 ≥150 150"200 ≥200≥300吸油值，ml/g <2.90 2.60"2.90 ≥2.90≥3.45 2.60"2.80 表观密度，g/ml ≥0.05≤0.04 0.04 0.05PH值 4"6 4"6 3.5"6 3.5"5.5 4"6 3.5"5 3.5"5 干燥减量110℃2h，%≤3 3 3 3 3 5 5 机械杂质，个数/2≤30 20 30 15 20 微量微量灼烧减量900℃，2h,%≤5 5 5 5 5 氧化铝（Al2O3）,%≤——— 0.03 —氧化铁（Fe2O3）,%≤——— 0.01 —铵（以NH3计），% —≤0.03—微量—二、检验方法1 外观的测定目测。

2 比表面积的测定甲法（甲基红吸附法)：指标甲1号、2号、3号、4号用甲基红吸附法。

白炭黑表面羟基团以三Si—OH存在；对甲基红染料分子形成单分子层吸附。

根据吸附甲基红量，计算羟基吸附表面。

2.1 仪器吸附色层管（见图1）；吸液管（5ml）；容量瓶（500ml）。

白炭黑补强硅橡胶机理

白炭黑补强硅橡胶机理白炭黑是一种常用的填料，可以用来补强硅橡胶材料。

它具有高比表面积、优异的增强效果和抗老化性能，因此被广泛应用于橡胶制品的生产中。

补强硅橡胶的机理主要包括物理机械作用和化学作用两个方面。

首先，白炭黑的高比表面积能够提供更多的接触面积，增加与硅橡胶的物理结合力。

其次，白炭黑的颗粒形状和尺寸能够增加硅橡胶的机械强度，提高其抗拉强度和耐磨性。

在物理机械作用方面，白炭黑填料与硅橡胶基体之间形成了一种物理上的键合关系。

白炭黑颗粒的高比表面积使其能够与硅橡胶分子链相互作用，形成一种物理上的吸附作用。

这种吸附作用能够增加硅橡胶的黏附能力和内聚力，使其具有更好的拉伸性能和耐磨性。

在化学作用方面，白炭黑填料还能与硅橡胶基体发生化学反应，增强其化学键合力。

白炭黑的表面含有许多活性基团，可以与硅橡胶中的官能团发生反应，形成化学键。

这种化学键能够提高硅橡胶的耐热性、耐油性和耐腐蚀性，使其在复杂的工作环境中具有更好的稳定性和耐用性。

除了物理机械作用和化学作用，白炭黑还能够通过改变硅橡胶的微观结构来提高其性能。

白炭黑填料的加入可以改变硅橡胶的晶粒尺寸和分布，使硅橡胶具有更细密的结构和更均匀的分布。

这种微观结构的改变能够提高硅橡胶的物理力学性能，使其具有更好的弹性和韧性。

总的来说，白炭黑补强硅橡胶的机理是通过物理机械作用、化学作用和微观结构调控三个方面来实现的。

白炭黑的高比表面积和颗粒形状能够增加硅橡胶的物理强度和黏附能力，而其表面的活性基团则能够与硅橡胶发生化学反应，增强其化学性能。

此外，白炭黑的加入还能够改变硅橡胶的微观结构，进一步提高其性能。

因此，白炭黑作为一种常用的填料，能够有效地补强硅橡胶材料，提高其综合性能，广泛应用于橡胶制品的生产中。

白炭黑与硅胶 (1)

气相白炭黑与硅胶之间的种种联系
白炭黑的基础知识：
白炭黑主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。

白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。

气相白炭黑：
气相白碳黑（俗称气相二氧化硅），产品为人工合成物无定形白色流动性粉末，具有各种比表面积和容积严格的粒度分布。

它是最早实现工业化的纳米粉体之一，是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无嗅，无污染的非金属氧化物。

其原生粒径介
于7～80nm之间，比表面积一般介于100-300m2/g，表观密度在30-60g/l左右，粘度跨越比较大，从100-1500都有。

由于其纳米效应，在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂，抗紫外线等性质，因而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。

硅胶制品引进气相白炭黑的意义：
有关研究表明，随着气相白炭黑比表面积的增大，胶料的粘度和定伸应力都有显著的提高，运用在硅橡胶里面，气相白炭黑除了具有一定程度的补强作用以外，还很大程度上提高了硅橡胶的抗撕裂性能，随着气相白炭黑比表面积的增大，硅胶制品的抗撕裂强度也可大大提高。

一般选用比表面积在250-300㎡/g时最佳。

【图为高撕裂强度的阻燃硅胶薄膜】
气相白炭黑折射率n20/D 1.544(lit.)，并附有着一定程度的不燃性质，用在有机硅上，由于硅胶本身也带有难燃性，因而内人士常称气相白炭黑用在液体硅胶可以做到硅胶半透明阻燃。

填料在硅胶中的用途

白炭黑白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。

白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。

能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。

耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。

白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。

气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子（粒径小于100nm），无毒，有巨大的比表面积（100~400m2／g）（使用北京金埃谱科技生产的全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法测试）。

气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅，产品纯度可达９９％，粒径可达１０~２０ｎｍ，但制备工艺复杂，价格昂贵；沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅，后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。

沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。

气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂，超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。

1，物理表面测试白炭黑比表面积也是非常重要的，白炭黑比表面积研究和相关数据报告中，只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，因为国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的,请参考(GB.T 19587-2004)-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。

比表面积测试有专用的比表面积测试仪，国内比较成熟的是动态氮吸附法，现有国产仪器中大多数还只能进行直接对比法的，北京金埃谱科技有限公司的F-sorb2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的北京金埃谱科技有限公司的F-sorb2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性2，生产方法制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸钠以外，其它成本都很高。

白炭黑对硅橡胶性能的影响

图 1 中可以看出，加入白炭黑后，复合材料 TG 曲线整体
形成氢键，增强了白炭黑和硅橡胶之间的界面结合力，合
向右偏移，
说明白炭黑的添加可以提高复合材料的热降解
适的添加量能达到对硅橡胶的补强效果，
但当白炭黑用量
温度。从表 4 中可以看到，纯硅橡胶（SR）T 5 为 459.7 ℃ ，
过多时，
且具有高耐热
（2）热稳定性测试，采用 STA 6000 同步热分析仪测
性，但是其极限氧指数(LOI)值一般在 20%~22% ，属易燃
试样品的热稳定性，
以 20 ℃/min 的升温速率，
从室温升至
材料。未阻燃硅橡胶材料受火后会持续燃烧，无法自熄，
800 ℃，载气流速为 50 mL/min，载气为氮气，样品质量约
GB/T 528- 2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变
温性、电绝缘性、耐紫外辐照和耐化学腐蚀等优点，
广泛应
性能的测试》标准进行测试，拉伸速率为 500 mm/min，重
用于航空航天、建筑、交通、电子电气、化工、食品医疗等领
复测试 5 次，
取其平均值。
域。硅橡胶及其制品虽然高温下残炭率高，
SR
48
354.6
115
84.8
58.3%
54.3
19.4
SR/20
白炭黑
43
305.8
120
2.4
0.8%
燃烧行为分析
锥形量热仪是以耗氧原理为基础的材料燃烧性能测
试分析设备，对材料的燃烧测试比较符合实际火灾情况，
1631
修改时间：2020 年 12 月 08 日 19:37:06

硅橡胶生产中粉体的投加方法

硅橡胶生产中粉体的投加方法硅橡胶具有较好的耐高低温、隔热、绝缘、防潮、防化学腐蚀、抗污染和生理惰性，在航空、航天、国防工业、机械制造、建筑装饰、生物医学等四十几个部门具有不可替代的作用，是公认的新型先进合成材料。

未经补强的硅橡胶，其强度不超过0.4Mpa，没有使用价值。

白炭黑由于其比表面积大，粒径小，结构性高，具有优异的补强性能，硅橡胶经白炭黑补强之后，强度最高提高可达40倍，具有广泛的用途。

二氧化硅表面上硅醇基（Si-OH）可以与硅橡胶分子形成物理或化学结合，在二氧化硅表面形成硅橡胶分子吸附层，构成二氧化硅粒子与橡胶分子联成一体的三维网络结构，从而达到补强作用。

白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。

沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。

气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂，超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。

将这些超细超轻的粉体在加入到捏合机的过程中，以往的投料方式都是靠人工倾倒，在生产车间到处可以看到四处飞扬的“白烟”，不仅造成了原料的浪费，而且对操作工人的身体健康有害。

由于这些粉体的非常细非常轻，很难找到合适的投粉设备。

在国外，通常用一种粉末输送专用泵来解决这一问题。

粉末输送专用泵是在气动双隔膜泵的基础开发的，系统需增加一组特殊的阀，在每个泵循环中，根据一定的时间顺序，将压缩空气(或其他的惰性气体)同步引入泵的腔体，使粉体在泵送过程中保持流动状态。

国外也有原装的泵，但其设计也存在一个问题，流化气路的控制阀必须高于泵的主气阀压力，否则主气阀会锁死，导致泵停止工作。

这一设计对大多数粉末输送还是适用的，保证了粉体的充分流化，但对于硅胶行业输送白炭黑这一物料来说，或许并不合理。

流化气压力越高，带进的气体量也会越大，空气释放组件的负荷也越大，这就需要选择更大的空气滤芯或其它过滤介质。

实际使用证明白炭黑是一种超细超轻的粉末，无需太大的流化压力也能顺畅地输送。

白炭黑成分及用途

白炭黑白炭黑定义白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。

白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。

能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。

耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。

白炭黑的成分及传统用法成分白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。

气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半白炭黑透明固体胶状纳米粒子（粒径小于100nm），无毒，有巨大的比表面积。

气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅，产品纯度可达99%，粒径可达10~20nm，但制备工艺复杂，价格昂贵；沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅，后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。

沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。

气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂，超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。

制备制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸钠以外，其它成本都很高。

新方法采用廉价的非金属矿作为硅源，大大降低了白炭黑的生产成本。

传统方法（1）气相法主要为化学气相沉积（CAV）法，又称热解法、干法或燃烧法。

其原料一般为四氯化硅、氧气（或空气）和氢气，高温下反应而成。

反应式为：SiCl4+2H2+O2—>SiO2+4HCl空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。

将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。

四氯化硅在高温下气化（火焰温度1000~1800℃）后，与一定量的氢和氧（或空气）在1800℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4～6即为成品。

气相法白炭黑是硅橡胶常用的增强填料但是

气相法白炭黑是硅橡胶常用的增强填料。

但是，由于气相法白炭黑表面存在活性轻基、吸附水及制备工艺导致其表面出现的酸区，使白炭黑呈亲水性，与生胶相容性不好，不能在其中很好地分散，从而降低硫化效率和增强性能。

常用的方法是对白炭黑进行表面处理。

所谓表面处理就是通过一定的工艺，利用一定的化学物质与白炭黑表面的轻基发生反应，消除或减少表面轻基的量，使白炭黑由亲水性变为疏水性，以提高它同生胶的亲和性。

处理工艺可分为干法和湿法。

干法是将干燥的白炭黑与有机物的蒸气接触并反应，湿法是将白炭黑与改性剂一起加热使改性剂沸腾回流。

早期的处理方法多采用湿法，但随着超微细粒子硫化态技术的发展，用干法同样可以达到湿法的物料接触状况，并且干法处理装置可以直接连在气相法白炭黑生产装置的前后，既经济又实用，还可避免湿法中有机溶剂易造成污染的问题川。

表面处理剂的种类也很多，常用的有氯硅烷类、硅烷偶联剂类、环状聚硅氧烷、醇类等，其中六甲基二硅氮烷是较常用、效果较好的一种表面处理剂。

本工作以六甲基二硅氮烷为主要处理剂，考察白炭黑的表面处理对加成型液体硅橡胶物理机械性能的影响。

1实验部分1.1原料乙烯基生胶，豁度25 Pa·S(25℃)，自制;含氢硅油，氢基质量分数大于1.6%，进口;乙烯基硅油，乙烯基质量分数为10%，自制;铂系催化剂，自制;4#气相法白炭黑，上海氯碱化工厂产品。

1.2白炭黑的表面处理将4#气相法白炭黑于110℃真空预活化3h，然后加入六甲基二硅氮烷、二甲基二乙氧基硅烷、水的混合处理剂，于150℃下处理8h后，再在150℃下真空脱除低分子2h，备用。

1.3混炼、硫化工艺混炼工艺生胶与经表面处理的白炭黑在混炼机上混炼均匀，于180℃热处理3h，备用。

硫化工艺混炼胶中依次加入乙烯基硅油，含氢硅油、铂系催化剂，混合均匀。

倒入模具后，真空脱泡0.5h，于120℃下硫化2h。

1.4性能测试用日本岛津公司产AG-2000A型拉力机按GB 528-92，GB 529-91测定硫化胶的拉伸强度和撕裂强度，用LX-A硬度计按GB 531-92测定试样的邵尔A型硬度。

气相白碳黑的应用

产品介绍及应用济南东亮化工有限公司气相法白炭黑为白色无定型絮状半透明固体胶态极微粒子，其化学式可以写作SiO2?nH2O，外观为蓬松的白色粉末，无毒无味，不溶于水和酸，化学性质稳定，耐高温，不燃烧，具有很高的电绝缘性。

气相法白炭黑以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸等诸多工业领域得到广泛的应用，并为许多工业领域的发展提供了新材料和技术保障，已成为当今世界材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一。

◆气相法白炭黑在硅橡胶上的应用气相法白炭黑在硅橡胶中的用量非常大，尤其是在热硫化硅橡胶中，其添加量可达40%～50%。

虽然沉淀法白炭黑也可作为硅橡胶的补强填料使用，但由于吸水性和杂质含量较高，导致用其填充的硅橡胶的电性能、耐热性等不如用气相法白炭黑填充的硅橡胶；因此，气相法白炭黑在该应用领域中占据着主导地位。

未经补强的硅橡胶，其强度不超过0.4ＭＰａ，没有使用价值，经气相法白炭黑补强之后，其强度可提高40倍。

所以，气相法白炭黑是硅橡胶的优良补强剂。

关于气相法白炭黑的补强机理及模型非常多。

比较认可的解释是白炭黑表面的自由羟基与硅橡胶分子形成了物理或化学结合，在白炭黑表面形成硅橡胶分子吸附层，构成气相法白炭黑粒子与硅橡胶分子联成一体的三维网络结构，从而起到补强作用。

由于白炭黑表面的羟基与硅橡胶分子链形成氢键结合，在硅橡胶混炼胶的贮存过程中容易造成结构化效应，随着贮存时间的延长，混炼胶的塑性降低，加工性能变差，因此一般都需要添加适当的加工助剂(如羟基硅油等)或者选择表面经过处理的气相法白炭黑。

白炭黑经过预处理后，表面的羟基数减少，有助于白炭黑在生胶中的分散以及减少白炭黑与硅橡胶分子链间形成的氢键，从而防止结构化效应。

加工助剂的加入与表面处理的效果相同。

随着表面处理程度或加工助剂的增加，混炼胶的混炼时间缩短、可塑性增加，硫化胶的硬度下降。

◆气相法白炭黑在橡胶中的应用白碳黑的最重要应用是用作橡胶的补强剂，其用量约占总产量的80-90%。

白炭黑在硅橡胶领域的应用

白炭黑在硅橡胶领域的应用硅橡胶的结构化，是个常见的问题。

白炭黑导致硅橡胶结构化，主要是基于白炭黑与高分子量聚硅氧烷巨量的氢键作用。

硅橡胶用补强填充剂按其补强效果的不同可分为补强性填充剂，和非补强性填充剂，前者的直径为10~50nm,比表面积为70~400m2/g,补强效果较好；后者通常为300~10000nm,比表面积在30m2/g以下，补强效果较差。

硅橡胶所用的补强填充剂主要是指合成的二氧化硅，又称白炭黑。

而白炭黑分为气相白炭黑和沉淀白炭黑。

气相白炭黑气相白炭黑粒子的大小、比表面积、表面性质、结构等与原料气体的比例、燃烧速度、SiO2核在燃烧室中停留时间等因素有关。

气相白炭黑粒子越细，它的比表面积就越大，则补强效果就越好，但操作性能就越差。

反之它的粒子粗些，比表面积也小，补强效果就差，但操作性就要好一些。

气相白炭黑为硅橡胶最常用的补强剂之一，由它补强的胶料硫化后的机械强度高，电性能好。

气相白炭黑并可与其它补强剂或弱补强剂并用，以制取不同使用要求的胶料。

沉淀白炭黑与用气相白炭黑补强的硅橡胶胶料相比，用沉淀白炭黑补强的胶料机械强度稍低，介电性能，特别是受潮后的介电性能较差，但耐热老化性能较好，混炼胶的成本要低得多。

当对制品的机械强度要求不高时，可用沉淀白炭黑或使之与气相白炭黑并用。

沉淀白炭黑的性能受沉淀条件如酸度、温度等的影响。

白炭黑可以通过适宜的化合物对其进行处理而制成一种表面疏水的物质。

处理的方法主要有液相法和气相法二种。

液相法的条件易于控制，产品质量稳定，处理效果好，但工艺复杂，溶剂需要回收；气相法处理工艺简单，但产品的质量不够稳定，处理效果较差。

表面处理剂用作表面处理剂的物质原则上能与白炭黑表面的羟基发生作用的，有以下几种: 1）醇类2）氯硅烷类3）烷氧基硅烷4）六甲基二硅醚5）硅氮烷。

白炭黑对硅橡胶的补强机理被认为有以下二种。

a.橡胶被填料粒子吸附填料粒子吸附聚合物，使橡胶分子链段直接固定在填料粒子的附近或者沿着填料表面定向或被填料聚集体滞留。

白炭黑在橡胶工业中的应用

研究表明，克服轮胎滚动阻力消耗的燃油占汽车总油耗的’ 而仅由胎面产生的滚动阻力就 ! ( ! )，占轮胎滚动阻力的 ! * )。在胎面胶中采用表面
白炭黑白度高，粒子细，使用透明白炭黑制得的硫化胶透明度高，而且可提高胶料的综合物理性能，因此白炭黑作为主要的补强填充剂广泛应
表! 气相法白炭黑的技术性能
［］ ! 。料
! 白炭黑的分类 ! " ! 沉淀法白炭黑沉淀法白炭黑又称水合二氧化硅，其二氧化硅质量分数为 " ，白度约为 $ 平均 1 ( .!" 1 $ 2 2 3，
7 ! 比表面积/ ・粒径! !!! " "4 5， 2!# ( "5 6 ， # 7 ! ・ 8 * 9吸收值 ! 1 0 "!1 / ": 5 $ " 3 的白炭 6 。黑是沉淀法产品，因气相法白炭黑价格昂贵，橡胶
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［］ ! 用。经气相法白炭黑补强的硅橡胶物理性能
滚动阻力可改性后的白炭黑替代炭黑 + " " # 后，
［］下降, 国外轮胎生产厂家多在 # )左右 - 。因此，
胎面胶中并用高分散性白炭黑，以有效改善轮胎性能。目前，白炭黑正越来越多地在轿车轮胎胎面胶中替代炭黑。其优异性能使其也成为现代冬用和全天候轮胎的优选补强剂。除此以外，白炭黑还用于其它几乎所有的轮胎部件中。如加入 . 改善胶 / / 0 气密层胶料中，料的透气性和透水性；用于轮胎胎体和带束层中，改善胶料与钢丝帘线的粘合力（例如间甲白粘 1 1 合体系）；在轮胎胎侧胶中用白炭黑部分替代炭黑可大幅度提高胶料的耐久性能，改善耐屈挠和抗冲击性能，提高耐臭氧老化性能；用于载重轮胎的胎圈包布中可提高胶料的尺寸稳定性，并提高其耐切割性和耐撕裂性。沉淀法白炭黑还可使轮胎获得很高的雪路面牵引性。白炭黑在轮胎中应用的典型配方见表 ,! %

知识：橡胶制品中的白炭黑

知识：橡胶制品中的白炭黑一．白炭黑的制造白炭黑的制备多采用两种方法，即煅烧法和沉淀法。

煅烧法制备的白炭黑又称为气相法白炭黑或干法白炭黑，它是以多卤化硅（SiClx）为原料在高温下热分解，进行气相反应制得。

干法白炭黑粒径极小，约为15~25nm，飞扬性极大。

气相法白炭黑杂质少，补强性好，但制备复杂且成本高，主要用于硅橡胶中，所得产品为透明、半透明状，产品的物理机械性能和介电性能良好，耐水性优越。

沉淀法白炭黑普遍采用硅酸盐（通常为硅酸钠）与无机酸（通常使用硫酸）中和沉淀反应的方法来制取水合二氧化硅。

Na2OnSiO2+HClSiO2nH2O+NaCl沉淀法白炭黑粒径较大，约为20~40nm，纯度较低，补强性比煅烧法差，胶料的介电性能特别是受潮后的介电性能较差，但价格便宜，工艺性能好。

可单用于NR、SBR等通用橡胶中，也可与炭黑并用，以改善胶料的抗屈挠龟裂性，使裂口增长减慢。

二．白炭黑的结构1．白炭黑的化学结构白炭黑的95~99%的成分是SiO2，经X射线衍射证实，因白炭黑的制法不同，其结构有不同差别。

气相法白炭黑内部结构几乎完全是排列紧密的硅酸三维网状结构，这种结构使粒子吸湿性小，表面吸附性强，补强作用强。

而沉淀法白炭黑的结构内除了生成三维结构的硅酸外，还残存有较多的二维结构硅酸，致使结构疏松，有很多毛细管结构，很易吸湿，以致降低了它的补强活性。

2．白炭黑的结构白炭黑的结构象炭黑，它的基本粒子呈球形。

在生产过程中，这些基本粒子在高温状态下相互碰撞而形成了以化学键相连结的链枝状结构，这种结构称之为基本聚集体。

链枝状结构彼此以氢键吸附又形成了次级聚集体结构，这种聚集体在加工混炼时易被破坏。

三．白炭黑的表面化学性质1．表面基团图3-24白炭黑的表面模型相邻羟基（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。

硅橡胶基本概述

硅橡胶基本概述硅橡胶是由硅氧烷与其他有机硅单体共聚而成的高分子有机硅化合物，分子主链为硅和氧原子共价键形成的—Si—O—无机结构，侧基为有机基团（主要为甲基、乙基）的一类弹性体，属于半无机饱和的、杂链、非极性弹性体，典型的代表是甲基乙烯基硅橡胶，其中的乙烯基提供交联点。

硅橡胶产品在1945年问世，1948年通过采用高比表面积的气相法，白炭黑补强的硅橡胶研制成功，使硅橡胶的性能跃升到实用阶段，奠定了现代硅橡胶生产技术的基础。

从二甲基二氯硅烷合成开始生产硅橡胶的国家有美国、俄罗斯、德国、日本、韩国和中国等。

1.硅橡胶的分类（1）按取代基分类根据硅原子上所链接的有机基团不同，硅橡胶有二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶、腈硅橡胶、乙基硅橡胶、乙基苯撑硅橡胶等许多品种。

二甲基硅橡胶简称甲基硅橡胶，是硅橡胶中最老的品种。

在-60～250℃温度范围内能保持良好弹性。

由于存在硫化活性低、工艺性能差、厚壁制品在二段硫化时易发泡、高温压缩变形大等缺点，目前除少量用于织物涂覆外，已被甲基乙烯基硅橡胶替代。

甲基乙烯基硅橡胶，简称乙烯基硅橡胶，是由二甲基硅氧烷与少量乙烯基硅氧烷共聚而成，乙烯基摩尔分数一般为0.001～0.003。

将少量金属化合物加入硅橡胶生胶中使其硫化工艺及成品性能提高，特别是耐热老化性和高温抗压缩变形有很大改善。

在硅橡胶生产中，甲基乙烯基硅橡胶产量最大、应用最广、品种牌号最多，除大量应用的通用型胶料外，各种专用型硅橡胶和具有加工特性的硅橡胶（如高强度硅橡胶、低压缩永久变形硅橡胶、导电硅橡胶、导热硅橡胶、颗粒硅橡胶等）也都以其为基础进行加工配合。

甲基乙烯基苯基硅橡胶，简称苯基硅橡胶，是在乙烯基硅橡胶的分子链中引入二苯基硅氧烷链节（或甲基苯基硅氧烷链节）而制成的。

当苯基摩尔分数为0.05～0.10时，统称为低苯基硅橡胶。

此时，橡胶的硬化温度降到最低值（-115℃），其具有最佳的耐低温性能，在-100℃以下仍具有弹性。

白炭黑使用

[分享]白炭黑对胶料工艺性能和硫化胶性能的影响胶料, 硫化胶, 性能, 工艺, 炭黑一、白炭黑对胶料工艺性能的影响（1）胶料的混炼与分散白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基间易产生很强的氢键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多，而且在多量配合时，还容易生成凝胶，使胶料硬化，混炼时生热大。

为获得良好的分散，就要求初始混炼时，保持尽可能高的剪切力，以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏，而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。

为此，白炭黑应分批少量加入，以降低生热。

适当提高混炼温度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于白炭黑在胶料中的分散。

（2）白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的结构控制白炭黑，特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂，但有一个使混炼胶硬化的问题，一般称为“结构化效应”。

其结构化随胶料停放时间延长而增加，甚至严重到无法返炼、报废的程度。

对此有两种解释，一种认为是硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合；另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭黑表面羟基形成氢键。

防止结构化有两个途径，其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质，如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。

当使用二苯基硅二醇时，混炼后应在160~200℃下处理0.5~1h。

这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的结构化。

另一途径是预先将白炭黑表面改性，先去掉部分表面羟基，从根本上消除结构化。

（3）胶料的门尼粘度白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下，因此在混炼白炭黑时，胶料的门尼粘度提高，以致于恶化了加工性能，故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。

在IIR中往往加入石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类，用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异，一般可达15-30%。

在NR中，以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好，合成的软化剂效果不大，矿物油的软化效果最低。