橡胶工艺原理(三).pdf

第三章 补强与填充体系 §3-1 绪论 填料是橡胶工业的主要原料之一，它 赋予橡胶许多优异的性 。例如，大幅度提高橡胶的力学性 ，使橡胶具有磁性、导电 性、阻燃性、彩色等特殊的性 ，赋予橡胶 良好的加工性 ，降 低成本等。 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 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， 够提高橡胶的体积，降 低橡胶制品的成本，改善加工工艺性 ，而又不明显影响橡胶制 品性 的行为。凡具有这种 力的物质称之为填充剂。 二．填料的分类 填料的品种繁多，分类方法不一。填料按不同方法分类如下： （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 橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。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 是为了防止光老化。后来制作胶丝时曾用滑石粉作隔离剂。 在 Hancock 发明混炼机后，常在橡胶中加入陶土、碳酸钙等 填料。 1904 年，S. C. Mote 用炭黑使橡胶的强度提高到 28.7MPa， 但当时并未引起足够的重视。在炭黑尚未成为有效补强剂前，人 们用氧化锌作补强剂。一段时间后，人们才重视炭黑的补强作用。 我国是世界上生产炭黑最早的国家。1864 年美国开始研制炭 黑。1872 年世界才实现工业规模的炭黑生产。炭黑的补强性不 仅使它得到广泛的应用，而且也促进了汽车工业的发展。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。70 年代在炉黑生产工艺基础 上进行改进，又出现了新工艺炭黑。这种炭黑的特点是在比表面 积和传统炭黑相同的条件下，耐磨性提高了 5%~20%，进一步满 足了子午线轮胎的要求。 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 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 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。 据统计，1998 年我国炭黑企业约 80 家，总的年生产 力约 800kt，全国炭黑产量为 570kt。1997 年国外炭黑总产量为 5959kt。 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。从填料来源看对工 业废料的综合利用加工制造填料发展也较快。 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 的影响 （掌握 ） 6．炭黑的补强机理 （