橡胶的补强和填充体系

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1、第三章橡胶的补强与填充体系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。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

2、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。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。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

3、陶土加到SBR中，主要是填充作用，但也有一定的补强作用。二、填料的分类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：(一)炭黑的分类1、按制法分炉法炭黑：这是炭黑的主要品种，采用油或天然气为原料，在1300一1650℃的反应炉中反应，炉顶有冷水喷淋。反应到所需程度，其产物再经袋滤、粉碎、造粒、磁选等后处理得到炭黑,炉法炭黑的特点是含氧量少(约1％)，呈碱性，灰分较多。槽法炭黑：这种炭黑采用铁槽生产。即是使其原料燃烧的火焰从喷嘴喷出到铁槽底部，不完

4、全燃烧的碳在底部集积，刮下后经一系列后处理而制得炭黑。转化率大约5％。特点是含氧量大(平均可达3％)，呈酸性，灰分较少。热裂法炭黑：在空心火砖砌成的大型立式炉中，天然气在1200一1400℃下隔绝空气使其裂解而制得的炭黑。转化率30％一47％。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。新工艺炭黑：第二代炭黑，由原炉法炭黑生产工艺改进。新工艺炭黑补强性比相应传统炭黑高—个等级。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，表面焦油物质较多。新工艺炭黑

5、很快地在大范围内应用。N375、N339、N351、N234、N299等均为新工艺炭黑。2、按作用分类：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，热烈法炭黑等。3．按ASIM—1765—81标准分类该分类方法由四位数码组成一个炭黑的代号(名称)。第一位是英文字码，有N和S两个，代表硫化速度。若是N，表示正常硫化速度．若是S，代表硫化速度慢。第二位数字从0到9共10个数字，代表l0个系列炭黑的平均粒径范围。例如0代表炭黑平均

6、粒径范围在1一l0nm这一系列的炭黑，9代表炭黑平均粒径范围在20l一500nm这一系列的炭黑。详见表3。表3—2代号中第三、四位都是数字，这些数字是任选的．代表各系列中不同牌号间的区别。例如，N330炭黑就是一种硫化速度正常(也就是炉法生产的)，平均粒径范围在26—30nm内这个系列中的典型炭黑；N347是这个系列中高结构的炭黑；N326是这个系列中的低结构炭黑；N339是这个系列中的新工艺炭黑。它们的共同特点均有N3，后面两位数字表明该系列中不同的规格。二、无机填料的分类第一种按制法及组成分类，分为二氧化硅类(包括

7、气相法和沉淀法)和硅酸盐类(包括硅酸铝和硅酸钙)。第二种按BET比表面积分类。对沉淀法白炭黑提出六个等级的比表面积。（一）白炭黑分类白炭黑有两种分类法。（二）碳酸钙的分类方法目前世界上所生产的碳酸钙品种规格有50余种。其生产方法基本上有两种：一种是机械粉碎碳酸钙矿物(大理石、石灰石、贝壳等)的方法生产的重质碳酸钙。这种碳酸钙一般粒径较大，平均在44μm以下．粒径分布宽，粒子形状不规则。另一种是用化学方法生产的轻质碳酸钙。因为具体的制法是向石灰乳中通CO2生成碳酸钙沉淀．故也叫沉淀法碳酸钙。这种碳酸钙粒径小，平均粒径在数

8、微米以下，粒径分布较重质的窄。二、结合橡胶结合橡胶也称炭黑凝胶，结合橡胶实质上是填料表面上吸附的橡胶，也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。结合橡胶多则补强性强．所以结合橡胶是衡量炭黑补强能力的标尺。结合胶的生成有两个原因：一是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合，或者橡胶在加工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离