炭黑对橡胶加工性能影响

LOGO 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂
LOGO 讲义的三个部分
1.炭黑的粒径结构对混炼的影响 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂 3.炭黑及无机填料的分散性
4.其他
LOGO 炭黑及无机填料的分散性
炭黑一般与无机填料在橡胶中的分散性有本质 区别
炭黑一般与无机填料对于橡胶类有机聚合物 的亲和性低于炭黑的亲和性。实践证明，无机填 料在橡胶中很难以一次结构形式单个地分散开， 而主要原因是以很多个一次粒子结团在一起的形 式存在。所以从本质上说，在通常的混炼条件下 它没有能力达到主要以单个一次结构的形式分散 在橡胶中的真分散。而在相同条件下炭黑主要以 单个聚集体形式分散在胶中，它有能力达到真分 散。
试验确定了在该条件下毛细管长 径比大于15时，口型膨胀率表观上与 压出温度、速度、相对分子质量分布 等无关，只与剪切应力τw有比例关系， 因为这些因素均可包容在τw中。
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两种炭黑和它们的石墨化产物分别落在各自的直线上，这说明表面活性 与温度等压出条件一样对口型膨胀率与剪切应力τw成比例关系，没有干扰。
•原因？
它的粒径小、比表面积大、需要湿润的面积大、 越细的填料单位耗能高
LOGO 炭黑的粒径结构对混炼的影响
• 1.炭黑的粒径对混炼的影响有哪些? • 2.炭黑的结构对混炼的影响有哪些? • 3.炭黑胶料混炼时间与分散程度/流变性能/橡胶
力学性能关系图 • 4.炭黑性质对混炼胶黏度的影响？
LOGO 炭黑结构的影响
填料的性质对橡胶加工性能的影响
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炭黑
混炼影响
压延压出
硫化影响
LOGO 讲义的三个部分
1.炭黑的粒径结构对混炼的影响 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂 3.炭黑及无机填料的分散性
4.其他
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1.炭黑的粒径结构对混炼的影响 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂 3.炭黑及无机填料的分散性
LOGO 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂
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力学性能关系图 • 4.炭黑性质对混炼胶黏度的影响？
LOGO 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂
LOGO 炭黑的粒径结构对混炼的影响
填料性质对压延和压出的影响
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压延和压出是橡胶加工的重要过程，
对于压延、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。
是否填充、填料性质，特别是形 态（炭黑结构性）对其影响很大。
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1、填料的压延效应 2、炭黑的性质与压出口型膨 胀的关系 a炭黑表面活性的影响 b炭黑用量的影响 c结构的影响
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填料用量多，易压出，炭黑表面活 性无明显影响
一般的无机填料因粒子的长轴或 粒子的片状沿压延压出方向取向而引 起了压延效应，这使胶片的某些性能 会出现各向异性，为了区别大分子链 的压延效应， 也称为粒子效应
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橡胶在压出口型时会产生口型膨胀现象 原因 橡胶的弹性（记忆）效应
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Cotton用Instron毛细管流变仪测定 了口型膨胀率与管壁的剪切力τw的关 系。
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在相同τw下，填充量高，口型 膨胀率小。
这说明球状的没有结构的 N990炭黑用量经φ校正后也和上 述的压出条件等一样基本上不干 扰B和τw 的关系
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高结构的炭黑尽管经过φ校正，其
用量对B和τw的比例关系仍有影响
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对这一困难问题，Medalia用包容 胶体积分数加上炭黑体积分数之和φ校 正之后得到初步解决。′ 但这种校正也 只用于用量少于35份的情况。这些都 说明了炭黑对压出的影响是显著的。
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4.其他
LOGO 2.混炼过程中炭黑聚集体的断裂
混炼中炭黑会断裂。
用热解方法及溶解方法从SBR-1500加50份 炭黑的混炼胶中分离出炭黑，用电镜和DBP 法测定聚集体的心态结构，结果见表4-14和 4-13
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几种炭黑的φ和φ′
炭黑 DBP吸油值/ 填充量 φ （cm3/100g）
N210
85.0
35
0.15
N683 135.5
35
0.15
N220 115.2
35
0.15
N472 187.0
35
0.15
φ′
0.290 0.400 0.356 0.514
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炭黑结构对胶料压出膨胀有重大影响， 结构高则膨胀率低，并且在一定条件下可
4.其他
LOGO 炭黑的粒径结构对混炼的影响
• 1.炭黑的粒径对混炼的影响有哪些? • 2.炭黑的结构对混炼的影响有哪些? • 3.炭黑胶料混炼时间与分散程度/流变性能/橡胶
力学性能关系图 • 4.炭黑性质对混炼胶黏度的影响？
LOGO 粒径大小的影响
• 粒径越细的填料特点
混炼困难、吃料慢、耗能高、生热高、分散困难
LOGO 其他方面的影响
除了以上四点还有什么对黏度有重要影响呢？
回答：炭黑的粒径对黏度同样有着重要的影响， 粒子越细则胶料黏度越高，因为粒子小， 比表面积大，结合橡胶增加。
LOGO 炭黑粒径对黏度的影响
LOGO 影响情况怎样？
粒子越细 结构度越高 填充量越大 表面活性越大
混炼胶黏度越高
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进行定量估算。
用量的影响也很重要，用量多，膨胀小 也能进行定量估算。比表面积、表面活性 无明显影响
•炭黑结构对分散的影响
高结构比低结构吃料慢、分散快
•原因？
空隙体积比较大、排除空气需要较多时间、 一旦吃入后结构高的炭黑易分散
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力学性能关系图 • 4.炭黑性质对混炼胶黏度的影响？
• 1.炭黑的粒径对混炼的影响有哪些? • 2.炭黑的结构对混炼的影响有哪些? • 3.炭黑胶料混炼时间与分散程度/流变性能/橡胶
力学性能关系图 • 4.炭黑性质对混炼胶黏度的影响？
LOGO 炭黑性质对黏度的影响
离子大小 填充量
A
TITLE
B
TITLE
影响因素？
C
TITLE
D
TITLE
结构度 表面活性