炭黑填充橡胶的热传导理论模型及应用研究

什么是炭黑？橡胶用炭黑详解展开全文什么是炭黑？炭黑（也称碳黑）是由烃类化合物（液态或气态）经过不完全燃烧或热裂解形成的近似于球体的胶体粒子，以聚集体形式存在，表观呈纯黑色粉状或者粒状。

产品的粒径、结构和表面活性根据原料、制造方法和生产工艺的不同而有很大差异。

炭黑的主要成分是碳，同时包含微量氢、氧、灰份和水份。

炭黑的历史是什么？炭黑的历史由来已久，中国是世界上最早发现并生产炭黑的国家，距今已有三千多年的历史。

最开始炭黑这种物质只用于制墨。

随着工业的快速发展，炭黑也被应用到其他的领域当中，同时也在不断改善炭黑的生产技术。

从20世纪50年代初，先后成功研发了槽法炭黑、滚筒法炭黑、混气炭黑和气炉法炭黑，炭黑的生产技术越来越成熟，近年来更是得到了飞跃的发展。

我国古代就在炭黑的提取技术上有了不小的成就，制墨工艺更是为世界文化做出了贡献。

国外炭黑的制造，是由我国传入日本、东方各国，然后传到希腊、罗马，最后传入欧洲的。

我国的炭黑产量一直居于世界先进水平，基本满足了各个行业的需求，还出口日本、韩国、东南亚等国。

我们更是吸取国外的先进技术，增加了炭黑的品种，在质量和环保问题上都取得了突破。

随着各种技术的不断完善，目前的炭黑品种主要有导电炭黑、橡胶炭黑、色素炭黑、乙炔炭黑、喷雾炭黑、水泥砂浆炭黑、热裂解炭黑、半补强炭黑以及特种炭黑，这些炭黑的特性各不相同，所应用到的领域也不同。

炭黑的作用有哪些？主要用作橡胶的补强剂和填料，其消耗量约为橡胶消耗量的一半，橡胶用炭黑占炭黑总量的94％，其中约60％用于轮胎制造。

此外，也用作油墨、涂料和塑料的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。

许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、炸药、化妆品及抛光膏中，也是重要的助剂。

橡胶用炭黑如轮胎行业，橡胶密封件，减震件等等，橡胶制品中配合一定量的炭黑可以起到补强和填充作用以改善橡胶制品的性能。

炭黑的性能指标有哪些？1. 粒径炭黑的粒径是表示碳黑原生粒径，它是通过电子显微镜测试的，是一定颗数粒径的平均值。

炭黑在聚合物增强中的应用研究随着科技的迅速发展，材料科学已经成为一个越来越重要的学科分支。

在这个领域中，聚合物材料是最为常见的，因为它们有着非常好的加工性、能耐性和物理性能。

为了进一步提高聚合物材料的性能，炭黑被广泛应用于聚合物增强材料中，本文将探讨炭黑在聚合物增强中的应用研究。

一、炭黑的概述炭黑是一种由炭素组成的黑色粉末，它的制备过程是将天然气或石油等烃类气体燃烧而得。

炭黑的微观结构非常复杂，由许多微小的聚烯烃和芳香烃群组成。

这些微观结构使得炭黑具备了很多特殊性质：比如高度的电导率、高吸附能力、高强度和硬度等。

二、聚合物增强中的炭黑应用炭黑是一种非常重要的聚合物增强材料，因为它具有许多优越的性能：如提高聚合物的强度、韧性、耐磨性、耐高温性、耐刮擦性以及空气中紫外线的抗性等等。

炭黑还可以增加聚合物复合材料的电导率，这使得许多聚合物材料也可以应用在导电领域中。

具体地说，炭黑在聚合物增强中的应用主要分为以下两个方面。

1.橡胶制品橡胶制品是目前炭黑应用最广泛的领域之一。

因为炭黑具有良好的强度、弹性和阻氧性等特性，所以被用于制造轮胎、皮带、结构件、密封件、管道和电缆等方面。

通过添加炭黑，可以改善橡胶的物理力学性能、耐磨性能、阻氧性能和耐臭氧性能，同时炭黑的加入也会使得橡胶制品价格变得更加合理，具有良好的经济性。

2.塑料制品除了橡胶制品，炭黑在塑料制品中的应用也越来越广泛。

目前，炭黑已经被用于制造各种塑料制品，如汽车零件、电子设备外壳、家电外壳等。

不同种类的炭黑可以用来增强不同种类的塑料，例如耐高温聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。

炭黑不仅可以提高塑料的拉伸和熔体强度，同时还可以抵御紫外线和紫外线辐射等有害气体。

三、炭黑的种类与特点根据炭黑的制备工艺和性质，可以将炭黑分为多种不同的类别。

不同种类炭黑的特性也会略有不同。

下面简单介绍几种常见炭黑的种类和特点。

1.耐磨炭黑耐磨炭黑是一种硬度大、压缩能力强、强度高的炭黑，因此被广泛用于制造橡胶轮胎、皮带和管道等。

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。

炭黑2白炭黑双相填料的研究王梦蛟等著　吴秀兰摘译　涂学忠校 摘要　炭黑2白炭黑双相填料是一种独特的橡胶补强填料,特别适用于轮胎。

基于对这种新材料特性的了解,特别是其填料2填料相互作用较低、聚合物2填料相互作用及胶料中不同配合剂间的相互作用较高,对其在胎面胶,尤其是轿车轮胎胎面胶中的应用进行了研究。

结果表明,与炭黑和白炭黑胶料相比,新填料对胶料滞后损失和耐磨性能的平衡改进很大,胶料tanδ值在低温下较高,在高温下较低,同时耐磨性能有所提高。

至于轮胎使用性能,用这种填料可大大降低滚动阻力,同时提高耐磨性能并保持牵引性能。

此外,其优良的加工性能和相对白炭黑胶料偶联剂用量减小,可产生很大的经济效益。

在本炭黑2白炭黑双相(CSDP)填料系列研究的第1部分中定性分析了这种新材料,发现它由微粒白炭黑相分散于炭黑相中的两部分组成。

与普通炭黑相比,CSDP填料有白炭黑质量分数高、表面粗糙和着色强度低的特点。

从配合的观点看,双相填料的特点是,填料聚合物的相互作用比同样白炭黑质量分数的炭黑和白炭黑物理混合物强,填料2填料的相互作用比普通炭黑和比表面积相差不大的白炭黑弱。

采用这种新填料的硫化胶,特别是加入偶联剂以后,其滞后损失可得到大大改善,tanδ值在高温下较低,在低温下较高,这使其耐磨性能可与相应的炭黑胶料相比。

从上述讨论可以看出,尽管这种填料可以用于多种轮胎部件以改进总体使用性能,但它特别适用于胎面胶。

下面将讨论商品化CSDP 填料Ecoblack牌CRX2000在轿车轮胎胎面胶中的应用。

1　实验111　原材料本研究所用填料为CSDP填料A,以2种普通填料,即炭黑N234(卡博特的Vulcan牌7H)及白炭黑B(罗纳2普朗克公司的Zeosil牌1165MP)为对比填料,其性能分析结果见表1。

本研究所用橡胶S2SBR(Duradene715)和BR(Taktene1203)的微观结构见表2。

112　配合轿车轮胎胎面胶配方见表3,为了进行比较,其中还包括一个典型的白炭黑配方和一个表1　填料的性能分析结果项 目CSDP填料A炭黑N234白炭黑B 硅质量分数(灰烬分析) 4.770.03—比表面积(N2)/(m21g-1)154.3123.3165比表面积(STSA)/　(m21g-1)121.4120.5—CDBP/[mL・(100g)-1]100.3100.7—表2　试验用橡胶微观结构项 目S2SBR BR商品名Duradene715Taktene1203聚合类型溶聚溶聚结合苯乙烯质量分数0.235—乙烯基质量分数0.46—门尼粘度[ML(1+4)100℃]6040玻璃化温度T g/℃-35-100 注:T g由5%DSA和10Hz条件下G″的转折点测定。

导热橡胶的研究进展杨坤民,陈福林,岑　兰,周彦豪(广东工业大学材料与能源学院,广东广州　510640) 摘要:概述导热橡胶的典型理论模型和导热机理,介绍导热橡胶填料的应用研究及导热橡胶的加工进展。

填充型导热橡胶的典型理论模型包括粉状填料模型、纤维填料模型和片状填料模型;橡胶复合材料的导热性主要取决于所用填料的导热性及其在基体中的分布形式,只有当填料用量达到能够在基体中形成导热网链时才能起到改善材料导热性的作用;三氧化二铝、碳化钛、氮化硼等高导热性填料的加入可有效提高NR 、SBR 、IIR 和硅橡胶等材料的导热性。

关键词:导热橡胶;填料模型;导热机理 中图分类号:TQ33618 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2005)022*******作者简介:杨坤民(19742),男,湖北襄樊人,广东工业大学在读硕士研究生,主要从事聚合物基复合材料及聚合物改性的研究工作。

导热橡胶是侧重导热性能的一类橡胶基复合材料,导热性能的提高通常伴随着散热性能的优化。

散热对电子产品极其重要,统计资料表明,电子元气件温度每升高2℃,其可靠性下降10%;50℃时的寿命只有25℃时的1/6[1]。

导热橡胶广泛应用于航天、航空、电子、电器领域中需要散热和传热的部位,同时可起到绝缘和减震的作用。

绝缘导热密封橡胶具有较高的导热率、优良的电性能和耐老化性能,能够有效散去电子产品使用中产生的热量,对电子产品的密集化、小型化和提高其可靠性和寿命都具有重要意义[2]。

1　导热橡胶的应用开发背景导热橡胶分为本征型导热橡胶和填充型导热橡胶。

通用橡胶都是热和电的不良导体,合成新的本征型导热橡胶绝非易事,因此一般通过填充高导热性的填料来制取导热橡胶。

通过填充制得的导热橡胶价格低廉、易加工成型,经过适当的工艺处理或配方调整可以应用于某些特殊领域。

在橡胶工业中,导热性研究一般从加工和使用两个角度来考虑。

加工过程着重于厚橡胶制品的硫化均匀性。

42中国橡胶应用技术APPLIED TECHNOLOGY本研究针对两种性能差异较大的导电炭黑填充橡胶体系，研究了导电炭黑的性能及用量对所填充橡胶的导电性、力学性能及加工性能的影响。

一、试验部分1.原材料顺丁橡胶，齐鲁石化公司；导电炭黑1#，淄博君欣化工有限公司；导电炭黑2#，卡博特公司。

2.测试仪器熔体流动速率测试仪，CEAST6542；拉力机，XL-250A ；数字万用表，DT890A ；粒径仪，BI-DCP 。

3.工艺将顺丁橡胶、导电炭黑、助剂按比例依次加入密炼机中，密炼均匀后卸料立即开片，进行性能测试。

4.测试标准及方法依据GB 8659-2008标准测试。

二、结果与讨论1.炭黑性能分析导电炭黑的性能由其特异结构决定，可用粒径大小、比表面积、pH 值、挥发分以及DBP 吸收值表征。

两种炭黑的性能指标见表1，重均分布见图1和图2。

炭黑粒径可由标准粒径、几何比表面积、BET 表面积和CTAB 表面积来表征，炭黑结构度是由DBP导电橡胶复合材料的性能研究摘 要：导电橡胶通常可分为结构型橡胶和复合型导电橡胶。

复合型导电橡胶既有所导电物质（如炭黑、碳纤维、金属物、石墨烯等）的导电性、导热性、电磁屏蔽性等，又具有高聚合物体本身的抗拉性、柔韧性以及成型加工性，在抗静电胶板、胶带、胶管等诸多领域有广泛应用。

43应用技术APPLIED TECHNOLOGY吸收值来表征，DBP 吸收值越大，炭黑粒子的结构度越高。

通过粒径仪测得的炭黑粒子粒径往往大于标准粒径，这是因为测得的粒径实际为聚集体粒径，并非代表单个炭黑粒子的大小。

同时，由粒径仪获得的几何比表面积低于吸附法比表面积，这是由于它是假定每个炭黑粒子为理想球体的情况下计算得到的，忽略了炭黑粒子表面空隙和结构的影响。

粒径越大，比表面积越小，2#炭黑的重均粒径较大，其比表面积明显低于1#炭黑，同时它的粒径分布也较窄，1#炭黑具有特别高的吸附比表面积和结构性。

由图1、图2可见，2#炭黑偏向较大的粒径，粒子小的分布较窄。

炭黑的制备和应用炭黑是一种非常重要且广泛使用的工业材料，可以用于制造橡胶、油墨、颜料、电极、电池、消音材料等众多领域。

早在古代，炭黑就已经开始被使用，而现在的炭黑加工技术已经非常成熟。

本文将介绍炭黑的制备和应用。

一、炭黑的制备炭黑的制备方法多种多样，但是大致可以分为四类：热裂解法、溶胶-凝胶法、碳化法和物理法。

1. 热裂解法热裂解法是最常见的炭黑制备方法之一，其步骤为：首先将石油、煤沥青或天然气等含碳高的原料通过加热进入高温小型窑炉里，然后利用加压的气体将反应产生的炭黑吹出，最后对产生的炭黑进行加工处理。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法也是一种炭黑制备方法，其步骤为：将一定的含钾盐的水和碳源混合，然后加热使其蒸发，最后将得到的干凝胶状物转移到热处理炉中进行碳化反应。

3. 碳化法碳化法是指在真空或低压条件下，将烃类化合物，如烷烃，加热至高温度，使其分解产生碳粉。

4. 物理法物理法是指利用火焰或电弧炉熔化含碳材料，使其在氮气环境中形成炭黑。

此方法具有较高的制备效率和质量，但耗能大，且需要高超的操作技巧。

二、炭黑的应用1. 橡胶工业橡胶工业是炭黑应用最广泛的领域之一。

炭黑可以增加橡胶的硬度、强度、耐磨性和耐久性。

在橡胶制品生产过程中，炭黑通常占总配方的20%至30%。

2. 油墨工业炭黑还常用于生产印刷油墨，以其高度覆盖性、抗褪色性和吸附性而闻名。

在生产油墨时，炭黑被加入到涂料基础中，以改善针对不同纸张和印刷设备所需的印刷效果和颜色饱和度。

3. 颜料工业炭黑由于具有高度色素活性和优异的着色能力，被广泛用作颜料。

在油画、壁画和艺术家绘画中，经常会使用炭黑调色板。

4. 电极和电化学工业炭黑还可以应用于电极材料的制备，用于生产半导体纳米粒子和蓄电池等。

此外，炭黑还能为电化学研究提供必要的电极材料。

结语炭黑的制备和应用已经成为了现代工业领域不可或缺的一环，而在未来的发展中，炭黑材料的制备和应用领域也将会越来越广泛。

白炭黑填充胶料的焦烧状况研究与改善陈　超，曹建萍，白　浩，承齐明*（中策橡胶集团股份有限公司，浙江杭州310018）摘要：研究硅烷偶联剂对白炭黑填充胶料焦烧状况的改善。

结果表明：与未添加硅烷偶联剂的胶料相比，添加硅烷偶联剂可显著促进胶料的白炭黑分散并抑制白炭黑在硫化过程中的絮凝，延长焦烧时间；由于形成了白炭黑-硅烷偶联剂TESPT-橡胶网络，硅烷偶联剂TESPT在促进白炭黑分散方面表现出更好的效果，而硅烷偶联剂OTES可以更有效地抑制白炭黑的絮凝，从而延长焦烧时间；两种硅烷偶联剂同时使用可进一步抑制白炭黑的团聚。

关键词：白炭黑；硅烷偶联剂；焦烧时间；分散；絮凝中图分类号：TQ330.38＋3/TQ330.6＋7 文章编号：1006-8171（2023）03-0177-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2023.03.0177橡胶需要硫化才能获得许多基本性能，而焦烧是橡胶制品的早期硫化[1]，焦烧会使胶料粘度增大，从而导致胶料的加工性能下降。

焦烧时间是通过监测硫化过程中胶料的模量来确定的，然而，除了橡胶分子链的交联，白炭黑的絮凝也会引起模量的升高，极大地影响焦烧时间，特别是在高白炭黑用量的情况下[2]。

配方工程师通常使用硅烷偶联剂来抑制白炭黑的絮凝[3-4]。

硅烷偶联剂可以简单地分为单官能团和双官能团两种，最常用的单官能团硅烷偶联剂是正辛基三乙氧基硅烷（OTES），它是含有8个碳原子的长链烷烃，可以有效地阻止白炭黑的絮凝[5]。

最常用的双官能团硅烷偶联剂是双（3-三乙氧基甲硅烷基丙基）四硫化物（TESPT）[6]，它也可以促进白炭黑的分散，硅烷偶联剂TESPT的一个官能团可以与白炭黑表面的硅羟基反应，另一个官能团可以连接到疏水的橡胶分子上。

但白炭黑与硅烷偶联剂之间的硅烷化反应需要足够高的温度和足够长的时间，因此，在实际混炼过程中，无论加入何种硅烷偶联剂，白炭黑表面的羟基都不能完全反应，白炭黑的絮凝在所难免。

橡　胶　工　业CHINA RUBBER INDUSTRY 522第70卷第7期Vol.70 No.72023年7月J u l.2023废旧轮胎具有较强的耐腐蚀性能和耐热性能，难以自然降解，长时间存放于自然界会造成严重的黑色污染[1]。

碳达峰是我国“十四五”时期的一项重点工作，即倡导循环经济助力降碳行动，加强大宗固废综合利用。

废旧轮胎裂解作为废旧轮胎回收利用的一种处理方式，是解决废旧轮胎污染与资源问题的有效途径之一[2]。

此外，生产绿色轮胎是从根源上保证轮胎安全性和环保性的重要手段。

胎面作为轮胎与地面直接接触的部位，其性能直接决定了轮胎的使用寿命和行驶安全性，因此绿色轮胎胎面胶必须具有优异的力学性能和耐磨性能。

热解炭黑（CBp）是废旧轮胎经热解之后的重要固体组分，是原轮胎各部位炭黑、配合剂和附着尘土的混合物，所以CBp的灰分含量比普通炭黑高，在补强性能方面不足[3-5]。

但CBp价格便宜和环境友好，且经超细研磨、活化改性和造粒后，可代替常规炭黑或与常规炭黑并用[6-7]，因此CBp对于改善轮胎的能源结构具有积极意义。

碳纳米管（CNTs）是由单层或多层石墨片层卷曲形成的同心圆筒管，属于一维纳米材料。

由于其大长径比和中空一维结构，CNTs具有优异的力学性能、电学性能和化学性能，属于一材多用的功能材料[8-9]。

近年来，CNTs作为填料有望赋予橡胶制品优异的性能[10-11]。

本工作研究炭黑N234和CBp补强天然橡胶（NR）/顺丁橡胶（BR）并用胶，以及炭黑N234补强和CBp与CNTs协同补强溶聚丁苯橡胶（SSBR）/ NR并用胶的性能。

1　实验1.1　主要原材料NR，SCRWF，海南农垦橡胶总公司产品；BR，牌号9000，中国石化集团北京燕山石油化工有限公司产品；SSBR，牌号2557，线性分子结构，充油型，中国石油独山子石化分公司产品；白炭黑，牌热解炭黑和碳纳米管对橡胶的补强效应研究陈保平，白艳英，李志成，肖建斌*（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛　266042）摘要：研究炭黑N234和热解炭黑（CBp）补强天然橡胶（NR）/顺丁橡胶（BR）并用胶的性能，以及炭黑N234补强和CBp与碳纳米管（CNTs）协同补强溶聚丁苯橡胶（SSBR）/NR并用胶的性能。

炭黑对橡胶压变形的影响
炭黑是橡胶工业中广泛使用的一种添加剂，它能够显著提高橡胶的力学性能和耐久性。

然而，炭黑对橡胶压变形的影响却是一个复杂的问题，需要深入探讨。

首先，我们需要了解炭黑的基本性质。

炭黑是由烃类物质不完全燃烧或热解产生的黑色粉末。

它的粒径非常小，一般在10-300纳米之间。

由于炭黑的粒径非常小，它可以很好地分散在橡胶基质中，形成一种特殊的网络结构。

这种网络结构能够有效地传递应力，从而提高橡胶的力学性能。

然而，炭黑对橡胶压变形的影响并不仅仅取决于它的粒径。

炭黑的表面性质、结构形态和在橡胶基质中的分散性等因素都会对其产生影响。

例如，某些类型的炭黑具有较高的结构性，这会导致橡胶的硬度增加，从而使其更容易发生压变形。

此外，炭黑在橡胶中的分散性也是一个关键因素。

如果炭黑不能均匀地分散在橡胶中，就会形成应力集中点，这会导致橡胶在受到压力时更容易发生变形。

因此，为了获得更好的力学性能和耐久性，必须采取有效的措施来提高炭黑在橡胶中的分散性。

综上所述，炭黑对橡胶压变形的影响是一个多因素的问题。

为了更好地了解这种影响，需要进一步研究炭黑的性质、结构和在橡胶中的分散性等方面的因素。

只有这样，才能更好地应用炭黑，提高橡胶的性能和耐久性。