维普资讯 http://www.cqvip.com ３８２ 橡胶工业 ２００７年第５４卷 炭黑技术讲座 第２讲 炭黑的结构和性质（续完） 李炳炎，于宝林，刘敏 （中橡集团炭黑工业研究设计院，四川自贡６４３０００） 中图分类号：ＴＱ１２７、１ １；ＴＱ３３０．３８ １ 文献标识码：Ｅ 文章编号：１０００—８９０Ｘ（２００７）０６—０３８２—０２ （接上期） 导电原理主要有导电通道和场致发射等机理。导 ４物理性质 电通道机理是炭黑聚集体在胶料中相互接触形成 ４．１密度 网络状通道而导电。场致发射机理是炭黑聚集体 炭黑的密度有两种，一种是真密度，即由组成 链之间的电势差足够大时会引发场致发射，使电 炭黑的元素及结构（或晶体结构）确定，在没有特 子跃过势垒而导电。根据这些导电机理得出，炭 别说明的情况下，炭黑的密度指真密度；另一种是 黑粒子越小，即单位体积胶料的炭黑粒子越多，炭 倾注密度或视密度，其随炭黑的加工条件变化而 黑粒子间接触的几率越大或粒子间间距越小，电 不同，需经常测定。视密度主要为工程设备以及 阻越小，导电性越好。 包装、贮运等容器的容积计算提供依据。 在粒径相同的炭黑中，高结构炭黑的导电性 炭黑的石墨层间距比石墨大，其密度比石墨 好，这是高结构炭黑具有较多链枝，从而形成较多 小。炭黑密度可用不同方法测定，最具代表性的 链枝交织的导电通道所致。炭黑表面挥发物或残 测试方法有Ｘ射线衍射法和氦置换法。不同测 留焦油状物多会在炭黑表面形成绝缘膜而降低炭 试方法测定的炭黑密度不同。用Ｘ射线衍射法 黑导电性。将这类炭黑在真空或惰性气体中进行 测定的炭黑密度一般为２．Ｏ４～２．１１ Ｍｇ・ｍ～； 加热处理以除去表面绝缘膜，会使其导电性提高。 用氦置换法测定的炭黑密度一般为１．８４～２．Ｏ６ 表面粗糙度越大的炭黑导电性越好，这是因 Ｍｇ・ｍ～，而石墨化炭黑的密度可达２．１８ 为在炭黑用量相同的胶料中，粗糙炭黑粒子间接 Ｍｇ・ｍ～。 触的几率比光滑炭黑粒子间大。 在橡胶工业中，多用常规混炼法将一定质量 综上所述，粒子小、结构高、表面纯净和表面 的炭黑混入已知密度的橡胶中，通过测试胶料密 粗糙度大的炭黑导电性好。 度来测定炭黑密度。用此法测定的橡胶用炭黑密 制备导电胶料时，炭黑的用量不能小于某一 度一般为１．８０～１．８６ Ｍｇ・ｍ＿’，常取１．８６ 临界值，否则胶料中过少的炭黑不能形成导电通 Ｍｇ・ｍ＿’。 道或不能引发场致发射，使胶料的导电性不能达 粉状炭黑的倾注密度一般为３０￣４８ ｋｇ・ｍ～， 到要求。 增密后粉状炭黑的倾注密度一般为８Ｏ～１９０ ４．３着色强度 ｋｇ・ｍ＿ ，湿法造粒炭黑的倾注密度一般为 炭黑的着色强度是指一定量的炭黑染黑一定 ３ＯＯ～５００ ｋｇ・ｍ＿’。粒径小、结构高的炭黑倾注 量的白色颜料（如氧化锌）的能力。炭黑的着色强 密度小。 度与炭黑的基本性质密切相关。一般来说，炭黑 ４．２导电性 的粒径和聚集体尺寸越小及分布越窄，炭黑的着 炭黑的导电性与其结构（尤其是石墨微晶结 色强度越大。 构）、表面性质和粒径密切相关。炭黑在橡胶中的 新工艺炭黑的着色强度比相同粒径或比表面 维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期 李炳炎等．炭黑技术讲座第２讲炭黑的结构和性质（续完） ３８３ 积的普通工艺炭黑大，如新工艺炭黑Ｎ２３４和 质量分数较大，但一般不超过０．０４。因此，炭黑 中正常含量的水分不会影响橡胶制品使用性能。 但如果湿法造粒炭黑干燥不充分或／和炭黑在包 装、运输、贮存过程中受潮而含有较多水分，会导 致胶料的ｔ昆炼加工困难，并致使橡胶制品出现 气泡、缺胶等外观缺陷和使用性能降低问题。 炭黑中的灰分是原料杂质、工艺用水、炉料碎 屑和设备锈屑的高温灼烧残留物。炭黑的灰分质 量分数很小，一般小于０．００５。炭黑中正常含量 Ｎ３３９的着色强度分别为１２４ 和１１Ｏ ，而普通 工艺炭黑Ｎ２２０和Ｎ３３０的着色强度仅为１１５ 和１０３％。这两种工艺炭黑的着色强度之差主要 是聚集体尺寸分布不同造成的。新工艺炭黑的聚 集体尺寸分布较窄，而普通工艺炭黑聚集体尺寸 分布较宽。另外，近年来开发的低滞后炭黑（低滚 动阻力炭黑）的聚集体尺寸分布较宽，着色强度 较低。 着色残差（ＡＴ）为着色强度实测值（Ｔ ）与计 算值（Ｔ ）之差，可表征炭黑聚集体分布的宽窄。 Ｔ２—５６．０＋１．０５７ＳＢ一０．００２ ７４５ｓ，￣一 ０．２５９ ６ＶＩ）一０．２０１（ＳＮ—ＳＢ） （８） 的灰分不会影响橡胶制品使用性能。 炭黑中的粒状杂质主要有硬碳、炉料碎屑、锈 屑以及炭黑收集过程中混入的异物。其中，硬碳 是由于原料油沥青质和胶质含量大、雾化不良或／ 和生产工艺条件控制不当造成沥青质和胶质结焦 等形成的。正常炭黑产品不能含有过大的颗粒杂 式中 Ｓ ——ＣＴＡＢ比表面积； 压缩试样ＤＢＰ吸收值。 △Ｔ—Ｔｌ—Ｔ２ （９） 质（不能过２Ｏ目筛），３５目筛余物的质量分数不 能超过１×１０ ，３２５目筛余物的质量分数不能超 过０．００１。粒状杂质的含量及大小对胶料性能的 影响较大。研究表明，随着炭黑中粒状杂质含量 新工艺炭黑的△Ｔ通常为５～１Ｏ，低滞后炭 黑的△Ｔ通常为一２Ｏ～一６。 ５ 其它 的增大，胶料的拉伸强度和拉断伸长率降低，耐屈 挠性能变劣；炭黑杂质的粒径越大，胶料的性能 越差。 ５．２细粉含量 ５．１ 杂质 炭黑中的杂质有水分、灰分、粒状杂质和焦油 状杂质（溶剂抽出物）等。 炭黑中的水分主要是生产过程中吸附的烟气 中的水分或／和包装、存放过程中吸附的空气中的 水分。湿法造粒炭黑中的水分主要是造粒水的残 留部分。炉法炭黑的水分质量分数一般不超过 ０．０２５，经氧化处理的炉法炭黑和槽法炭黑的水分 造粒炭黑中未成粒或破碎的粉末称为细粉。 ＡＳＴＭ Ｄ １５０８规定不能通过孑Ｌ径１２５ ｍ筛的 炭黑粉末为细粉。造粒炭黑的细粉含量越小越 好。ＡＳＴＭ Ｄ １７６５规定用散装方式运输的造粒 炭黑中细粉的质量分数应小于０．０７。 橡胶性能测试组合仪 中图分类号：ＴＱ３３Ｏ．４ ９２ 文献标识码：Ｄ 仪是橡胶和其它弹性体性能测试的理想仪器。公 司强调，载荷和应变传感器的自动识别、平衡和校 正可提高操作效率及保证测试数据的准确性和一 致性。 美国《橡胶世界》２００６年２３５卷３期５９页 报道： 英国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司开发的橡胶性能测试组合 仪可用于测试橡胶或其它弹性体性能，包括按 ＡＳＴＭ Ｄ ４１２测试拉伸强度和按ＡＳＴＭ Ｄ ６２４ 测试系统的测试精度达到或超过ＡＳＴＭ、 ＥＮ、ＢＳ、ＩＳＯ、ＪＩＳ和其它标准要求。采用数字闭 环位置控制的大转矩直流伺服电机可在很宽的加 载范围内准确控制十字头速度，使其快速加速及 全速运行。该系统可连续调节速度和位移，用于 力的测试。 测试撕裂强度。该经济型组合仪由３３４５型台式 材料测试系统、加载单元、气动夹持器、弹性伸长 测量计和Ｓｅｒｉｅｓ ＩＸ／ｓ材料测试软件构成。其可 选用超高加载框架，以使行程空间更大。该组合 （黄家明摘译 田军涛校）
