中國(guó)粉體網(wǎng)訊 21世紀(jì)以來(lái)，由于科技的進(jìn)步，橡膠的性能不斷地被開(kāi)發(fā)并應(yīng)用，目前橡膠制品已存在于人們生活的方方面面，支持著人們的衣食住行。橡膠的作用如此巨大，除了橡膠本身?yè)碛衅渌牧蠠o(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)以外，填料還能賦予橡膠更多寶貴的性能，使其應(yīng)用更加廣泛。
一、何為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)？
填料是橡膠工業(yè)的主要原料之一，屬粉體材料。填料用量相當(dāng)大，幾乎與橡膠本身用量相當(dāng)。在橡膠加工中又將填料分為補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑。
橡膠的補(bǔ)強(qiáng)是指在橡膠中加入一種物質(zhì)后，能夠提升硫化橡膠的耐磨性、抗撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、模量、抗溶脹性等性能的行為。凡具有這種作用的物質(zhì)稱為補(bǔ)強(qiáng)劑。
常用補(bǔ)強(qiáng)劑：炭黑、白炭黑、短纖維、無(wú)機(jī)納米材料等。
二、橡膠用炭黑
炭黑是橡膠工業(yè)中最重要的補(bǔ)強(qiáng)性填料，可以毫不夸張的說(shuō)，沒(méi)有炭黑工業(yè)就沒(méi)有現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的橡膠工業(yè)。
按炭黑在橡膠中的作用將炭黑分為硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑。
硬質(zhì)炭黑：粒徑在40nm以下，補(bǔ)強(qiáng)性能高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。
軟質(zhì)炭黑：粒徑在40nm以上，補(bǔ)強(qiáng)性低的炭黑，如半補(bǔ)強(qiáng)炭黑、熱裂法炭黑等。
橡膠用炭黑一般按照ASIM-1765-81標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分類(lèi)命名。命名系統(tǒng)由四部分組成。第一個(gè)英文字母代表硫化速度，N代表正常硫化速度，S代表緩慢硫化速度。后面跟著三個(gè)數(shù)字，第一個(gè)代表炭黑平均粒徑范圍，共分為0~9個(gè)等級(jí)。第二和第三個(gè)數(shù)字則是由美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)炭黑和術(shù)語(yǔ)的D24.41委員會(huì)指定的，反映不同的結(jié)構(gòu)程度，也就是炭黑大概的高低結(jié)構(gòu)確定的，有一定的任意性。相對(duì)而言，數(shù)字越大，結(jié)構(gòu)越高。
ASIM的炭黑分類(lèi)命名
三、炭黑補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理
近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)炭黑補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理曾進(jìn)行了廣泛的討論提出了多種補(bǔ)強(qiáng)學(xué)說(shuō)。
（1）容積效應(yīng)
（2）弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說(shuō)
（3）Bueche的炭黑粒子與橡膠鏈的有限伸長(zhǎng)學(xué)說(shuō)
（4）殼層模型理論
（5）橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說(shuō)
前四種機(jī)理雖然都能說(shuō)明一定的問(wèn)題，但有局限性。隨著時(shí)間進(jìn)展，對(duì)機(jī)理不斷在深化完善，橡膠大分子滑動(dòng)學(xué)說(shuō)的炭黑補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理是一個(gè)比較完善的理論。
橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說(shuō)
這是比較新和比較全面的炭黑補(bǔ)強(qiáng)理論。該理論的核心是橡膠大分子能在炭黑表面上滑動(dòng)，由此解釋了補(bǔ)強(qiáng)現(xiàn)象。炭黑粒子表面的活性不均一，有少數(shù)的活性點(diǎn)以及一系列的能量不同的吸附點(diǎn)。吸附在炭黑表面上的橡膠鏈可以有各種不同的結(jié)合能量，有多數(shù)弱的范德華力的吸附以致少量強(qiáng)的化學(xué)吸附。吸附的橡膠鏈段在應(yīng)力作用下會(huì)滑動(dòng)伸長(zhǎng)。
大分子滑動(dòng)學(xué)說(shuō)概念圖
（1）表示膠料原始狀態(tài)，長(zhǎng)短不等的橡膠分子鏈被吸附在炭黑離子表面上。
（2）當(dāng)伸長(zhǎng)時(shí)。這條最短的鏈不是斷裂而是沿炭黑表面滑動(dòng)，原始狀態(tài)吸附的長(zhǎng)度用點(diǎn)標(biāo)出，可看出滑動(dòng)的長(zhǎng)度。這時(shí)應(yīng)力有多數(shù)伸直的鏈承擔(dān)，起應(yīng)力均勻的作用，緩解應(yīng)力集中為補(bǔ)強(qiáng)的第一個(gè)重要因素。
（3）當(dāng)伸長(zhǎng)再增大，鏈再滑動(dòng)，使橡膠鏈高度取向，承擔(dān)大的應(yīng)力，有高的模量，為補(bǔ)強(qiáng)的第二個(gè)重要因素。由于滑動(dòng)的摩擦使膠料有滯后損耗。損耗會(huì)消去一部分外力功，化為熱量，使橡膠不受破壞，為補(bǔ)強(qiáng)的重要因素。
（4）是收縮后膠料的狀況，表明再伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力軟化效應(yīng)，膠料回縮后炭黑粒子間橡膠鏈的長(zhǎng)度差不多一樣，再伸長(zhǎng)就不需要再滑動(dòng)一次，所需應(yīng)力下降。
四、炭黑補(bǔ)強(qiáng)橡膠性能
補(bǔ)強(qiáng)橡膠的目的是為了提高橡膠的拉伸性能、抗撕裂能力、定伸應(yīng)力和耐磨性等性能，使橡膠制品更有彈性，經(jīng)久耐用。炭黑主要通過(guò)炭黑粒徑的大小、結(jié)構(gòu)度、和用量來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)強(qiáng)橡膠的效果。
（1）拉伸性能
炭黑粒徑小，表面活性大，結(jié)構(gòu)度高，拉伸強(qiáng)度高；隨炭黑用量增大，拉伸強(qiáng)度先增后降。
（2）撕裂強(qiáng)度
貪黑的粒徑小，撕裂強(qiáng)度高；粒徑相同時(shí)，對(duì)結(jié)晶性橡膠，結(jié)構(gòu)度低的碳黑，撕裂強(qiáng)度高；對(duì)非結(jié)晶性橡膠，結(jié)構(gòu)度高的炭黑，撕裂強(qiáng)度高；隨炭黑用量增大，撕裂強(qiáng)度先增后降。
（3）定伸應(yīng)力和硬度
炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，表面活性大，用量大，膠料的定伸應(yīng)力和硬度高，其中以結(jié)構(gòu)度影響最大。炭黑對(duì)膠料定伸應(yīng)力和硬度的影響要比膠種、硫化體系大得多。
（4）耐磨性
炭黑粒徑小，表面活性大，分散性好，膠料耐磨性好。
（5）彈性
粒徑小、結(jié)構(gòu)度高、表面活性大，用量大，膠料的彈性差。其中炭黑用量影響最大。
由此可見(jiàn)，根據(jù)橡膠制品的不同選擇合適的炭黑種類(lèi)對(duì)橡膠進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)至關(guān)重要。結(jié)合ASIM對(duì)炭黑的分類(lèi)，你知道該選擇哪種炭黑了嗎？
