第3章补强与填充.ppt

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第3章补强与填充

第三章 补强与填充体系 §3-1 绪论 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。 二.填料的分类 (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 1.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。 2.我国是世界上生产炭黑最早的国家。 1872年世界才实现工业规模的炭黑生产。 3.二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求。 4.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”。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。 5. 1998年我国炭黑产量为570kt。1997年国外炭黑总产量为5959kt。 6. 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。 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) 8.短纤维的补强(了解) 五.本章主要参考书: 1.橡胶化学与物理,第十章 2.Science and Technology of Rubber, 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 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,灰分较少(一般低于0.1%)。 (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,分布较窄,着色强度比传统的高十几个单位,形态较开放,表面较光滑。N375、N339、N352、N234、N299等均为新工艺炭黑。 2.按作用分: 硬质炭黑:粒径在40nm以下,补强性高的炭黑,如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。 软质炭黑:粒径在40nm以上,补强性低的炭黑,如半补强炭黑、热裂法炭黑等。 3.按ASTM标准分类 该命名法由四个字组成,第一个符号为N或S,代表硫化速度。其中N表示正常硫化速度;而S表示硫化速度慢。N及S符号后有三个数,第一位数表示炭黑的平均粒径范围;第二位和第三位数无明确意义,代表各系列中不同牌号间的区别。 §3-3 炭黑的性质 炭黑的粒径(或比表面积)、结构性和表面活性,一般认为是炭黑的三大基本性质,通常称为补强三要素 。 一.炭黑的粒径或比表面积 1.炭黑的粒径及分布 炭黑的粒径是指单颗炭黑或聚集体中粒子的粒径大小,单位常为nm。 炭黑工业常用的平均粒径有算术平均粒径和几何平均粒径两种。 算术平均粒径和几何平均粒径比值判断炭黑粒径的分散程度,比值越小,粒径分布越窄,反之则越宽。 2.炭黑的比表面积及空隙度 (1)比表面积 炭黑比表面积是指单位质量或单位体积(真实体积)中炭黑粒子的总表面积,单位为m2/g或m2/cm3。 炭黑的比表面积有外表面积(光滑表面)、内表面

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