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碳黑项目介绍

简介

烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而

成的黑色粉末状物质。其成分重要是元素碳，并具有少量氧、氢

和硫等。炭黑粒子近似球形，粒径介于10～500μm间。许多粒子

常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中，通

过混炼加入橡胶中作补强剂和填料。油炉法是效率最高、经济效

益最佳的炭黑生产方法，产量已占炭黑总量的70%～90%。

1生产方法

重要有炉法、槽法、热裂法三种。

1.1炉法

由天然气或高芳烃油料在反映炉中经不完全燃烧或热解生

成炭黑，此种炭黑称为炉黑，是炭黑品种中产量最大、品种最多

的一类。炉黑与槽黑及热裂黑的显著区别是，其粒子的熔结或聚

结限度可根据不同用途来调节。根据所用原料形态的不同，炉黑

生产可分为气炉法和油炉法两种。气炉法所用原料和燃料均是天

然气。油炉法的燃料可以是天然气、焦炉气，也可以是液态烃，

原料则选用高芳烃油料，如乙烯焦油和蒽油等。在炉黑生产工艺

流程（见图）中，反映炉是核心设备。生产不同品种的炉黑需采

用不同结构尺寸的反映炉。空气和燃料在反映炉中燃烧，原料经

雾化后喷入燃烧的火焰中，经高温热解生成炭黑。炭黑悬浮于燃

余气中形成烟气。烟气经急冷后送空气预热器、油预热器进一步

降温，最后送入袋滤器，分离出的炭黑送到造粒机中造粒，然后

在干燥机中干燥。

1.2槽法

以天然气为重要原料，以槽钢为火焰接触面而生产炭黑，此

种炭黑称为槽黑。与炉黑及热裂黑相比，其粒子较细而比表面积

较大。同时，由于采用特定的生产方式，其表面受到氧化，具有

较多的含氧官能团而呈酸性。这类炭黑粒子的聚结限度较低。因

具有较多的含氧官能团，可延缓橡胶的硫化速度，提高聚烯烃的

耐候性以及赋予油墨良好的流动性和印刷性能。

1.3热裂法

以天然气、焦炉气或重质液态烃为原料，在无氧、无焰的情

况下，经高温热解生成炭黑，称为热裂黑。它是炭黑品种中比表

面积最低的一类，基本上以单个球形粒子存在,不熔结或聚结成聚

集体,其表面含氧量亦很少(0.1%～0.3%)。

2理化性质

各种炭黑的差异重要在表面积（或粒子大小）、聚集体形态、

粒子和聚集体的质量分布和化学组成等方面。

2.1表面积

用来鉴别和分类命名炭黑的重要性质之一。表面积用气相或

液相吸附法测得。

2.2结构

炭黑的第二个重要性质。炭黑的结构取决于聚集体尺寸、形

状以及每个聚集体的粒子数和平均质量。上述这些特性均影响聚

集体的堆积状态和粉末的空隙容积。通常，炭黑的结构用DBP

（dibutylphthalate，邻苯二甲酸二丁酯）吸油值表达。压缩吸油值

更真实地反映炭黑聚集体在胶料中的状态。

2.3密度

炭黑的密度有两种，一种是真密度，即由组成炭黑的元素及

结构(或晶体结构)拟定，在没有特别说明的情况下，炭黑的密度指

真密度；另一种是倾注密度或视密度，其随炭黑的加工条件变化

而不同，需经常测定。视密度重要为工程设备以及包装、贮运等

容器的容积计算提供依据。

2.4导电性

炭黑的导电性与其结构(特别是石墨微晶结构)、表面性质和粒

径密切相关。炭黑在橡胶中的导电原理重要有导电通道和场致发

射等机理。根据这些导电机理得出，炭黑粒子越小，即单位体积

胶料的炭黑粒子越多，炭黑粒子间接触的几率越大或粒子间间距

越小，电阻越小，导电性越好。

2.5着色强度

表征炭黑性质的指标。将一定量的炭黑和白色颜料（通常

是氧化锌或钛白）混于油类展色剂中，制成灰色墨浆，然后测定

该墨浆对可见光的散射能力。高着色强度的炭黑，光吸取系数高

而反射率低。着色强度重要反映聚集体的平均体积及其尺寸分布。

绝大多数炭黑的碳含量高于97%，只有少数色素用炭黑的碳

含量低于90%。炭黑表面上除了化学结合的氧以外，尚有水分、

溶剂抽出物、硫、氢和无机盐。

3分类

各种炭黑的分类经常涉及其生产方式，如槽黑、炉黑和热裂黑

等。也可按用途分类，如橡胶用炭黑和色素用炭黑等。美国实验

和材料学会(ASTM)颁布了一种命名系统，重要规定了橡胶用炭黑

的命名原则。目前，ASTM命名系统已被世界各国所接受。它是由

一个字母和三个数字组成，字母表白炭黑表面性质对橡胶加工过

程的影响，以N表达正常硫化的品种，以S表达缓慢硫化的品种。

字母后面的第一个数字表达炭黑的粒子大小。把所有炭黑的粒径

范