橡胶工艺原理讲稿第三章补强与填充体系

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1、第三章补强与填充体系§3-1绪论填料是橡胶工业的主要原料之一，它能赋予橡胶许多优异的性能。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，赋予橡胶良好的加工性能，降低成本等。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。

2、二．填料的分类填料的品种繁多，分类方法不一。填料按不同方法分类如下：（1）按作用分补强剂：炭黑、白炭黑、某些超细无机填料等。填充剂：陶土、碳酸钙、胶粉、木粉等。（2）按来源分有机填充剂：炭黑、果壳粉、软木粉、木质素、煤粉、树脂等。无机填充剂：陶土、碳酸钙、硅铝炭黑等。（3）按形状分粒状：炭黑及绝大多数无机填料。纤维状：石棉、短纤维、碳纤维、金属晶须等。三．橡胶补强与填充的历史与发展橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。在Spanish时代亚马逊河流域的印第安人就懂得在胶乳中加入黑粉，当时可能是为了防止光老化。后来制

3、作胶丝时曾用滑石粉作隔离剂。在Hancock发明混炼机后，常在橡胶中加入陶土、碳酸钙等填料。1904年，S.C.Mote用炭黑使橡胶的强度提高到28.7MPa，但当时并未引起足够的重视。在炭黑尚未成为有效补强剂前，人们用氧化锌作补强剂。一段时间后，人们才重视炭黑的补强作用。我国是世界上生产炭黑最早的国家。1864年美国开始研制炭黑。1872年世界才实现工业规模的炭黑生产。炭黑的补强性不仅使它得到广泛的应用，而且也促进了汽车工业的发展。二战前槽黑占统治地位，50年代后用炉黑代替槽黑、灯烟炭黑，炉黑生产满足了轮胎工业发展的要

4、求。70年代在炉黑生产工艺基础上进行改进，又出现了新工艺炭黑。这种炭黑的特点是在比表面积和传统炭黑相同的条件下，耐磨性提高了5%~20%，进一步满足了子午线轮胎的要求。美国大陆碳公司在八十年代末开发生产出低滚动阻力炭黑，即LH10、LH20、LH30等，其拉伸和耐磨性能相当于N110、N220、N330的水平，但生热低、弹性高。德国德固萨公司也开发出新一代低滚动阻力炭黑，称之为“转化炭黑”26。牌号有EB118、EB122、EB111和EB123。特点是：物理化学性能与常规炭黑相似，但着色强度低，聚集体大小分布宽，这样不

5、仅可以减小滚动阻力，而且不会改变其耐磨性和对湿路面的抗滑性。据统计，1998年我国炭黑企业约80家，总的年生产能力约800kt，全国炭黑产量为570kt。1997年国外炭黑总产量为5959kt。1939年首次生产了硅酸钙白炭黑，1950年发明了二氧化硅气相法白炭黑，近年来无机填料的发展也很快，主要表现在粒径微细化、表面活性化、结构形状多样化三方面。从填料来源看对工业废料的综合利用加工制造填料发展也较快。四．本章内容与要求：1．炭黑的生产、分类与命名（了解）2．炭黑的组成与结构（掌握）3．炭黑的物理和化学性质（掌握）4．炭

6、黑对橡胶的补强作用（掌握）5．炭黑对橡胶工艺性能的影响（掌握）6．炭黑的补强机理（了解）7．白炭黑的补强（掌握）8．短纤维的补强（了解）9．矿质填料的表面活化与偶联剂（掌握）五．本章主要参考书：1．橡胶化学与物理，第十章2．ScienceandTechnologyofRubber,Chapt.8.3．炭黑，J.B.道奈等著，王梦蛟等译，化工出版社。4．弹性体的力学改性§3-2炭黑的生产、分类和命名一．炭黑的定义炭黑是由许多烃类物质（固态、液态或气态）经不完全燃烧或裂解生成的。它主要由碳元素组成，其微晶具有准石墨结构，且呈

7、同心取向，其粒子是近乎球形的粒子，而这些粒子大都熔结成聚集体。二．炭黑的分类炭黑是橡胶工业的主要补强剂。为适应橡胶工业的发展要求，人们开发了五十余种规格牌号的炭黑。以前炭黑分类有按制法分，也有按作用分，后来发展了ASTM-1765这种新的分类方法。这种方法的出现结束了以前分类混乱、缺乏科学表征炭黑的状况，但其缺点是没有反映出炭黑的结构度。炭黑的几种分类方法分述如下。1．按制造方法分（1）接触法炭黑：接触法炭黑，其中包括槽法炭黑、滚筒法炭黑和圆盘法炭黑。槽法炭黑转化率大约为5%。其特点是含氧量大（平均可达3%），呈酸性，灰

8、分较少（一般低于0.1%）。26（2）炉法炭黑：炉法炭黑的特点是含氧量少（约1%），呈碱性，灰分较多（一般为0.2%~0.6%），这可能是由于水冷时水中矿物质带来的。（3）热裂法炭黑：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。（4）新工艺炭黑：新工艺炭黑的聚集体较均匀