橡胶补强体系

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。
炭黑可提高硫化胶耐磨性。
第四节 短纤维补强
短纤维种类 天然纤维· 丝纤维 麻纤维 椰子纤维 木浆纤维 黄麻纤维 合成纤维 无机纤维 钢纤维
丝聚酯纤维 维纶纤维 人造丝纤维 芳纶纤维
碳纤维 玻璃纤维 碳化硅纤维 钛酸钾纤维 石墨纤维
第五节 其他补强剂
一、有机补强树脂 二、无机纳米材料补强
1、插层法 2、溶胶-凝胶法 3、原位生成法 4、乳液接枝法 5、机械共混法 6、乳液附聚法 7、种子乳液聚合法
石油树脂、古马隆树脂、RX-80树脂、苯乙烯-茚树脂 等
间的空隙体积。
结构度的测定方法：DBP吸油值法
气相法白炭黑DBP吸油值1.60ml/g以上； 沉淀法白炭黑DBP吸油值1.52ml/g以上。 白炭黑的结构度均比较高，属于高结构。
3、表面基团
白炭黑表面基团模型图
四、白炭黑对硫化胶性能的影响
白炭黑对硅橡胶的补强效果尤为突出，可使拉伸强度提 高40倍，撕裂强度提高20倍。 单用白炭黑，对橡胶补强效果差，远不及炭黑，拉伸强 度、撕裂强度低，耐磨性差、生热大。 与偶联剂同时使用时，补强效果与高耐磨炭黑相当，拉 伸强度高，尤其是撕裂强度明显高于炭黑胶料；伸长率大， 绝缘性好、生热低、滚动阻力小。添加入轮胎后，可降低轮胎 约20%的滚动阻力，节油5%-7%，并提高湿牵引能力。但由 于其在胶料中分散性不好，导致硫化胶耐磨性稍差。高分散白
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）。
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
炭黑聚集体（一次结构）示意图
3、炭黑的二次结构
炭黑的二次结构又称 为附聚体、凝聚体或次生 结构，它是炭黑聚集体间 以范德华力相互聚集形成
的空间网状结构，这种结
构不太牢固，在与橡胶混 炼时易被碾压粉碎成为聚 集体。
炭黑附聚体示意图
2、炭黑的表面基团(surface actiwk.baidu.come group)
炭黑表面上有自由基、氢、羟基、羧基、内酯基、醌基，见下图。这些基团 估计主要在层面的边缘。
粒径小、结构度高、表面活性大，用量大，胶料的拉断伸 长率低。其中炭黑用量、粒径、结构度影响较大。
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
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。
3、对定伸应力和硬度的影响
炭黑粒径小，结构度高，表面活性大，用量大，胶料的定伸应力 和硬度高，其中以结构度影响最大。
炭黑对胶料定伸应力和硬度的影响要比胶种、硫化体系大得多。 胶料的硬度随炭黑用量的变化：
FEF、HAF、EPC 纯胶硬度+1/2×炭黑份数
ISAF
SRF FT、MT
纯胶硬度+1/2 ×炭黑份数+2
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）
填充剂
陶土（clay） 碳酸钙（calcium carbonate） 滑石粉（talcum powder） 硅铝炭黑（silica-alumina
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。
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
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