炭黑是一种重要的填料材料,在橡胶行业中被广泛应用。它可以增强橡胶的机械性能、耐磨性、耐候性、耐化学腐蚀性和导电性等,同时也可以降低橡胶的成本。炭黑的粒径对橡胶的性质有很大的影响,因此在橡胶硫化过程中,选择适当粒径的炭黑对于得到理想的橡胶性能非常重要。
炭黑的粒径通常用比表面积或沉降体积来表示,一般分为大颗粒炭黑(DBP吸附值在100-130mL/100g)和小颗粒炭黑(DBP吸附值在60-80mL/100g)两种。对于同一种炭黑,不同粒径会影响它在橡胶复合材料中的分散性、填充性、增强作用和耐久性等方面的性能。
1.炭黑粒径对橡胶硫化动力学的影响
在橡胶硫化过程中,炭黑和橡胶之间的交互作用对硫化动力学有很大的影响。炭黑可以促进橡胶的交联反应,提高硫化速率。然而,粒径较大的炭黑表面积较小,与橡胶分子的接触面积也较小,这会限制炭黑对橡胶的交联反应的作用,导致硫化速率较慢。相反,粒径较小的炭黑具有更大的比表面积和更多的表面官能团,可以更好地与橡胶分子接触,在短时间内完成交联反应,提高硫化速率。
2.炭黑粒径对橡胶的机械性能的影响
炭黑可以增强橡胶的硬度、模量、耐磨性和抗裂性等机械性能。在相同填充量的情况下,粒径较小的炭黑可以更好地填充橡胶空隙,增加橡胶的机械强度和刚度。与此相反,粒径较大的炭黑填充效果较差,对橡胶机械性能的提高作用也不如粒径较小的炭黑明显。
3.炭黑粒径对橡胶导电性的影响
炭黑具有良好的导电性能,可以被用作导电填料。导电橡胶在工业上有广泛的应用,如电缆、防静电地板、电子元件的密封、防雷击材料等。炭黑的粒径对橡胶导电性能有很大的影响。粒径较大的炭黑导电性不如粒径较小的炭黑。这是因为粒径较小的炭黑具有更多的表面空间和表面官能团,能够更好地与橡胶分子接触形成导电网络,提高导电性能。
4.炭黑粒径对橡胶的耐久性的影响
炭黑可以提高橡胶的耐磨性、耐候性和耐化学腐蚀性。在相同填充量的情况下,粒径较小的炭黑表面积更大,与橡胶分子接触更紧密,可以提高炭黑的分散性和填充性,进而增强橡胶的耐久性。此外,小颗粒炭黑捕捉自由基和抗氧化性能也较好,能够延缓橡胶的老化过程。
炭黑的粒径在橡胶硫化过程中具有重要的影响,会影响炭黑的分散性、填充性、增强作用和耐久性,从而决定橡胶的性能。在橡胶配方中,应根据不同的应用领域和目标性能选择合适的炭黑粒径。