白炭黑在硅橡胶领域的应用 (1)

气相法白炭黑补强作用研究气相法白炭黑的重要应用领域－－复合绝缘子（广州吉必盛宣传部）气相法白炭黑是一种重要的无机功能材料，有着广泛的应用，在硅橡胶和特种橡胶中主要用作补强剂，其补强效果甚至超过碳黑。

在硅橡胶中加入气相白炭黑后，可使胶料拉伸强度提高20倍左右，撕裂强度提高40倍，且透明度高。

气相白炭黑用于丁睛橡胶、羟基丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶中，制造出的油田用橡胶件的性能，与采用沉淀白炭黑或炭黑的胶料比，具有更高的硬度、拉伸强度，以及较好的耐磨性和较低的水膨胀性。

气相白炭黑对橡胶的补强性能主要取决于白炭黑粒子的大小、结构和表面化学性质。

通常情况下，粒子的大小以平均粒径或比表面积表示，其测定方法有电子显微镜法或BET吸附法。

在TEM 电镜下对气相白炭黑进行观察，白炭黑粒子呈球形颗粒，它们并不是以单个的粒子存在，很多个白炭黑粒子聚集成在一起，这些聚集体又附聚在一起形成带空隙的结构，在基料中经分散静止后形成三维网状结构，这种三维网状结构是一种动态的、暂时的结构，在外力的作用下会发生变形，空隙的形状和大小也会随之发生变化，很有“揉性”。

在TEM电镜下还可以观察到白炭黑粒子的表面布满了很多微孔，这种微孔从粒子的表面延伸到里面，不过微孔很小，橡胶分子很难进入。

对气相白炭黑进行红外测试，可以发现粒子的表面有大量的硅烷醇基团（SiOH），有两种羟基存在，一是孤立的自由羟基，以一定的间距“联”在颗粒的表面；二是连生的、形成氢键的缔合羟基，在颗粒的内部则是以Si-O-Si结合。

由于表面的氢键作用，使之形成的附聚体既发达又牢固。

气相白炭黑在基料中形成的这种三维网状结构起到了骨架作用，从而对硅橡胶和特种橡胶具有很好的补强作用，补强作用的大小与这种网状结构的形状和牢固程度有直接的关系。

白炭黑粒径越小，比表面积越大，形成的附聚体的刚性越强，粒子与胶料的接触面大，结合点多，对橡胶的补强性能越好，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性也高，但弹性下降，因此混炼黏度增大，加工性能恶化。

白炭黑（气相法）标准名称白炭黑（气相法）标准说明白炭黑（气相法）本标准适用于四氯化硅气估在氢氧焰中高温下水解制得的气相白炭黑。

白炭黑主要用于各种硅橡胶被强剂，农药分散剂，涂料的消光剂，处理各种纤维品塑料薄膜。

分子式：SiO2分子量：60（按1982年国际原子量）指标甲产品分五个品名：1号可用于涂料填加剂、电子原件包封料。

2号适用于硅橡胶的补强剂。

3号广泛用于树脂增粘剂、合成润滑油的稠化剂、电子原件包封料、玻璃钢制品的充填及触变剂。

4号适用一硅脂的稠化剂。

5号适用于特种硅橡胶的补强剂。

一、技术要求白炭黑（气相法）应符合下列要求甲乙项目 1# 2# 3# 4# 5# 2# 4# 指标外观高度分散白色絮状粉末比表面积，m2/g 75"105 ≥150 150"200 ≥200≥300吸油值，ml/g <2.90 2.60"2.90 ≥2.90≥3.45 2.60"2.80 表观密度，g/ml ≥0.05≤0.04 0.04 0.05PH值 4"6 4"6 3.5"6 3.5"5.5 4"6 3.5"5 3.5"5 干燥减量110℃2h，%≤3 3 3 3 3 5 5 机械杂质，个数/2≤30 20 30 15 20 微量微量灼烧减量900℃，2h,%≤5 5 5 5 5 氧化铝（Al2O3）,%≤——— 0.03 —氧化铁（Fe2O3）,%≤——— 0.01 —铵（以NH3计），% —≤0.03—微量—二、检验方法1 外观的测定目测。

2 比表面积的测定甲法（甲基红吸附法)：指标甲1号、2号、3号、4号用甲基红吸附法。

白炭黑表面羟基团以三Si—OH存在；对甲基红染料分子形成单分子层吸附。

根据吸附甲基红量，计算羟基吸附表面。

2.1 仪器吸附色层管（见图1）；吸液管（5ml）；容量瓶（500ml）。

白炭黑补强硅橡胶机理白炭黑是一种常用的填料，可以用来补强硅橡胶材料。

它具有高比表面积、优异的增强效果和抗老化性能，因此被广泛应用于橡胶制品的生产中。

补强硅橡胶的机理主要包括物理机械作用和化学作用两个方面。

首先，白炭黑的高比表面积能够提供更多的接触面积，增加与硅橡胶的物理结合力。

其次，白炭黑的颗粒形状和尺寸能够增加硅橡胶的机械强度，提高其抗拉强度和耐磨性。

在物理机械作用方面，白炭黑填料与硅橡胶基体之间形成了一种物理上的键合关系。

白炭黑颗粒的高比表面积使其能够与硅橡胶分子链相互作用，形成一种物理上的吸附作用。

这种吸附作用能够增加硅橡胶的黏附能力和内聚力，使其具有更好的拉伸性能和耐磨性。

在化学作用方面，白炭黑填料还能与硅橡胶基体发生化学反应，增强其化学键合力。

白炭黑的表面含有许多活性基团，可以与硅橡胶中的官能团发生反应，形成化学键。

这种化学键能够提高硅橡胶的耐热性、耐油性和耐腐蚀性，使其在复杂的工作环境中具有更好的稳定性和耐用性。

除了物理机械作用和化学作用，白炭黑还能够通过改变硅橡胶的微观结构来提高其性能。

白炭黑填料的加入可以改变硅橡胶的晶粒尺寸和分布，使硅橡胶具有更细密的结构和更均匀的分布。

这种微观结构的改变能够提高硅橡胶的物理力学性能，使其具有更好的弹性和韧性。

总的来说，白炭黑补强硅橡胶的机理是通过物理机械作用、化学作用和微观结构调控三个方面来实现的。

白炭黑的高比表面积和颗粒形状能够增加硅橡胶的物理强度和黏附能力，而其表面的活性基团则能够与硅橡胶发生化学反应，增强其化学性能。

此外，白炭黑的加入还能够改变硅橡胶的微观结构，进一步提高其性能。

因此，白炭黑作为一种常用的填料，能够有效地补强硅橡胶材料，提高其综合性能，广泛应用于橡胶制品的生产中。

气相白炭黑与硅胶之间的种种联系
白炭黑的基础知识：
白炭黑主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。

白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。

气相白炭黑：
气相白碳黑（俗称气相二氧化硅），产品为人工合成物无定形白色流动性粉末，具有各种比表面积和容积严格的粒度分布。

它是最早实现工业化的纳米粉体之一，是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无嗅，无污染的非金属氧化物。

其原生粒径介
于7～80nm之间，比表面积一般介于100-300m2/g，表观密度在30-60g/l左右，粘度跨越比较大，从100-1500都有。

由于其纳米效应，在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂，抗紫外线等性质，因而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。

硅胶制品引进气相白炭黑的意义：
有关研究表明，随着气相白炭黑比表面积的增大，胶料的粘度和定伸应力都有显著的提高，运用在硅橡胶里面，气相白炭黑除了具有一定程度的补强作用以外，还很大程度上提高了硅橡胶的抗撕裂性能，随着气相白炭黑比表面积的增大，硅胶制品的抗撕裂强度也可大大提高。

一般选用比表面积在250-300㎡/g时最佳。

【图为高撕裂强度的阻燃硅胶薄膜】
气相白炭黑折射率n20/D 1.544(lit.)，并附有着一定程度的不燃性质，用在有机硅上，由于硅胶本身也带有难燃性，因而内人士常称气相白炭黑用在液体硅胶可以做到硅胶半透明阻燃。

什么是白炭黑？白炭黑在橡胶中的重要指标应用很多朋友们都知道白色的二氧化硅粉体有个俗名叫白炭黑，但你是否知道它这个称呼的缘由是什么呢？白炭黑与炭黑的关联在了解白炭黑“WhiteCarbonBlack”之前我们应该了解一下与它的名称来源密切相关的炭黑“CarbonBlack”。

人们早在3000多年前就掌握了烧烟制墨技术，但长期以来炭黑的生产技术发展缓慢，直到1872年，世界上才首次出现了炭黑工业的规模生产，同时产生了“CarbonBlack（炭黑）”这一术语，这就是近代炭黑工业的开端。

1912年英国人莫特（Mottee）发现了炭黑对橡胶的补强作用，特别是显著提高轮胎耐磨性能以后，自此炭黑的需求量迅速增长，并逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。

炭黑作为橡胶工业的补强材料已有百来年历史在第一次世界大战期间，由于生产炭黑的能源材料紧缺，德国开始使用沉淀法生产的白色二氧化硅替代炭黑，而白色的无定型二氧化硅因物性及用途与炭黑相似而得名白炭黑（WhiteCarbonBlack）。

再后来，由于汽车及其运输业的高速发展、炭黑生产用原料的涨价和节能减排的要求，又使白炭黑成为橡胶行业补强材料的佼佼者。

目前，白炭黑用在彩色橡胶制品中可以完全替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要。

轿车“绿色轮胎”及冬季轮胎的制造是白炭黑的拿手好戏，白炭黑用于轮胎，使其获得更低的滚动阻力和改善轮胎的抓地力，从而提高汽车燃油效率。

这些具有高燃油效能等的节能型轮也被称作“绿色轮胎”。

如今我们所说的白炭黑已经不单纯是一种在橡胶配方中用作炭黑的替代品，而是一种X-射线无定形的硅酸和硅酸盐的白色超细粉体的总称，这类粉体材料具有非常广泛的应用，根据制备路线不同，主要分为沉淀法白炭黑及气相法白炭黑两大类。

一．白炭黑的制造白炭黑的制备多采用两种方法，即煅烧法和沉淀法。

煅烧法制备的白炭黑又称为气相法白炭黑或干法白炭黑，它是以多卤化硅（SiClx）为原料在高温下热分解，进行气相反应制得。