赵志正(中橡集团西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳712023) 编译
具有不同电性能的导电弹性体复合材料在许多工业部门和医学领域里获得了广泛的应用。
为了使弹性体复合材料具有导电的性能,最常见的做法是把特种牌号的炭黑加入胶料。由于这类炭黑具有高吸附表面,结构度和粗糙度,在弹性体材料中只需相对少的用量,即可与弹性体共同构成电荷转移所需要的碳素-弹性体结构。
长久以来,作为能够赋予弹性体高导电性能的专用牌号炭黑,人们都采用了乙炔炭黑。从上一世纪80年代起,为此目的开始使用牌号为П367Э和П267Э的炭黑。然而,目前因其价格昂贵,这几中牌号的炭黑对橡胶工业来说实际上是用不起的。因此,开发产量大、价格低廉的导电橡胶用填充剂的生产工艺势在必行。俄罗斯鄂木斯克市《Химпласт》股份有限公司1994年起用高芳构原料热氧化分解法制造УМ-66炭黑(ТУ38 1001-94),从2001年起生产УМ-76炭黑(ТУ1002-02)和УМ-85炭黑。从物理化学特性来看(表1),这几种牌号的炭黑完全能够满足弹性体导电的要求。
由表1列出的数据可见,УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑在外比表面积和吸碘值的指标上不仅超过了П234炭黑,而且还超过了导电炭黑П367Э。但是其结构度较低(对邻苯二甲酸二丁酯的吸附值较小),与П234和П367Э炭黑(水悬浮体反应呈中性)不同,УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑的水悬浮体呈酸性反应。其酸性度是随着炭黑牌号的提升而增大。这几种牌号炭黑在表面纯净度和杂质含量(灰分及加热条件下的失重)方面稍逊于П234及П367Э炭黑。
为了研究各种牌号炭黑对胶料的粘度、硫化、物理机械性能及电气特性的影响,用实验室开炼机ЛБ320 160/160,按标准工艺和配方制备了以СКН-18СМ、СКН-40КТН、СКМС-30АРКМ15和CKЭПТЭНБ为基础的胶料,炭黑含量的变量范围为20质量份~60质量份(对100质量份粘合性弹性体)。用液压平板硫化机在150°C下硫化胶料。在上述生胶中填充了40质量份炭黑的胶料的性能如表2、表3所示。用剪切型门尼粘度计在120°C下和孟山都(Monsanto)硫化仪在150°C下测定了胶料的粘度和硫化参数。
从引用的数据可以看出,与含有П367Э炭黑的胶料相比,填充等量УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑的胶料的最低门尼粘度值及最小扭矩值最高。并且,随着炭黑标号的升高胶料的粘度特性亦会增大,这可能与填充剂的外比表面积的增大有关。
УМ-66、УМ-76及УМ-85炭黑的酸性特性导致橡胶的硫化进程缓慢、焦烧时间和正硫化时间延长,硫化速率下降。进而,随炭黑标号升高,酸性增强,因此,随着其标号的提高,会使硫化减慢效应加大。
尽管УМ-66、УМ-76及УМ-85炭黑的外表面积数值很高,但是这几种炭黑的结构度却很低,这可在所制得材料的强度特性上反映出来。用УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑补强的橡胶具有较低的定伸应力值,而其拉伸强度指标却比较高。
文中所研究的这几种橡胶的伸长率和硬度的数值很近似。
用炭黑П367Э填充的胶料的粘度、硫化和物理机械性能与含有УМ-66炭黑的胶料的这几种特性最接近。
导电橡胶最重要的特性是体积电阻率(ρv)。该文中介绍的是采用电位测定法(按МД38 105-156-86的方法)。将试样置于热空气恒温箱内在100°C下硫化1 h,再使之常态化后进行了测试,测定结果列于表4。
从表4的数据可以看出,ρv取决于导电性填充剂的牌号和含量,此外还取决于粘合性弹性体。较大的外比表面积,使УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑在填充量小的情况下就能够形成导电的碳素-弹性体结构。这就使得采用这些牌号的炭黑填充时,当炭黑用量为20和30质量份(对100质量份生胶),橡胶的ρv大大优于用等量炭黑П367Э填充的橡胶。在填充量比较大的情况下胶料导电特性的差异就不甚悬殊了。应当指出,采用УМ-85炭黑可得到ρv的最小指标值。
综上所述,新牌号炭黑适用于制造导电弹性体材料和制品。用УМ-85炭黑填充的橡胶具有最高的电气特性。
参考文献:
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