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炭黑的补强现象


炭黑的补强现象

炭黑是橡胶制品中重要的补强性填料,补强是使橡胶的拉伸强度,撕裂强度及耐磨耗性同时获得明显提高的作用。

1.硬度是胶辊的重要性能之一。近年来,使用条件越来越苛刻,所以,硬度的重要性日益突出。硬度大体上与炭黑配合量成比例增加,但是结晶性橡胶的增长幅度比非结晶性橡胶高,即在同一炭黑配合量下,结晶性橡胶硬度高。高比表面积,高结构的炭黑,其配合量稍有变化时,硬度就随之明显变化,实际应用中,炭黑用量有一定限度,单用炭黑,硬度很难达到90度以上。

胶辊的硬度与炭黑的性质有关,比表面积越大,胶辊硬度越大。炭黑结构也能使胶辊,胶轮的硬度增加,但是其影响程度不如比表面积大。

2.定伸应力实质上是反映了胶辊,胶轮等橡胶制品在外力作用下抵抗变形的能力。将硫化胶试样拉伸到一定伸长时所需的应力,除以试样拉伸前的横切面积,所得到的值叫定伸应力或模量,常被用作衡量硫化胶补强性的尺度。定伸应力随胶料交联密度的增加而增加,凡是有利于形成交联结构的因素都将使定伸应力提高。

定伸应力受炭黑结构的影响较大,结构升高,则炭黑混炼胶的300%定伸应力上升。另外定伸应力还受炭黑比表面积及表面活性影响,另外与炭黑的表面活性也有一定的关系,在硬质炭黑系列中,随着比表面积增大,定伸应力下降,在软质炭黑系列中,随着比表面积的减少,定伸应力下降。两者在某一比表面积处有一最大值,表面活性越高,则定伸应力越大。

3.拉伸强度表征胶辊,胶轮,橡胶制品等能够抵抗拉伸破坏的极限能力,是评价胶辊质量的重要指标之一。拉伸强度,耐磨性,撕裂强度是配合炭黑的硫化胶的三大补强特性。不同的橡胶种类,拉伸强度。撕裂强度,耐磨性等显示最大值时,炭黑配合量也不同。

天然橡胶和氯丁橡胶的拉伸强度的配合量曲线能否出现最大值,要由胶料的性质和混炼条件决定。在丁苯橡胶中,明显存在最大值,而在丁基橡胶和乙丙橡胶一类低不饱和橡胶中,看不到有最大值。一般情况下,结构性越高,耐磨性越强,而撕裂强度减弱。另外随着温度的升高,拉伸强度减弱。当炭黑比表面积较高或用量较多时,在高温下拉伸强度的降低程度较小,特别是在常温时拉伸强度呈现最高值时的炭黑配合量要比高温时低。

4.耐磨性也是主要特征之一,关于胶辊,胶轮,及橡胶制品的磨耗机理,已知有疲劳磨耗和磨损磨耗两种类型。其中,疲劳磨耗由两个阶段组成,第一阶段是橡胶辊表面层机械热氧化过程,第二阶段是界面上因滑动引起的橡胶老化剥离过程。断裂能越大,磨檫系数越小,则耐磨性越高。为了提高耐磨性必须增强炭黑和橡胶之间的相互作用,随着炭黑的用量,比表面积,结构性和分散度的提高,耐磨性随之提高。

与拉伸强度一样,对于耐磨性来说,也有一最佳炭黑用量,增加炭黑用量时,胶辊的耐磨性先上升,达到最大值后下降。比表面积大的炭黑最佳用量较少。

超耐磨炭黑SAF,中超耐磨炭黑ISAF,高耐磨炭黑HAF,新工艺炭黑比常规炭黑耐磨性优越,而且临界点向比表面积大的方向偏移,这是因为新工艺炭黑着色强度较高,表面活性较大。结构的影响也是同样,结构越高,耐磨性越好。自从新工艺炭黑问世以来,用以往的比表面积,结构等基本特征来表征炭黑已经不够充分,对炭黑聚集体进行直接分析发现,炭黑的形态与硫化胶性能也有很大的关系。粒径小,粒子分布均匀的炭黑耐磨性高。

5.回弹性反映了胶辊的特征,加入炭黑后,橡胶的回弹性下降,而且随着炭黑粒径的减小,弹性下降。弹性与硫化胶的滞后损失,生热等有关。细粒子高结构的活性炭黑,由于对橡胶的变形阻碍很大,使橡胶的弹性下降。炭黑粒子越小,往复变形时的内磨檫就越大,因而生热增高。橡胶的温度上升,加大了滞后损耗,所以,回弹性减小。橡胶的弹性下降与疲劳升温呈直线关系,即弹性下降越大,温升越高。

 

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