炭黑即碳黑(carbon black),是一種無定形碳。輕、松而極細的黑色粉末,表面積非常大,范圍從10-3000m2/g,是含碳物質(煤、天然氣、重油、燃料油等)在空氣不足的條件下經不完全燃燒或受熱分解而得的產物。
炭黑按性能區(qū)分有“補強炭黑”、“導電炭黑”、“耐磨炭黑”等。炭黑可作黑色染料,用于制造中國墨、油墨、油漆等,也經常用于橡膠生產補強劑;炭黑按用途不同,通常分為色素用炭黑、橡膠用炭黑、導電碳黑和專用碳黑。
炭黑的密度有兩種,一種是真密度,即由組成炭黑的元素及結構(或晶體結構)確定,在沒有特別說明的情況下,炭黑的密度指真密度;另一種是傾注密度或視密度,其隨炭黑的加工條件變化而不同,需經常測定。視密度主要為工程設備以及包裝、貯運等容器的容積計算提供依據。
粒徑小、結構高的炭黑傾注密度小。粒子小、結構高、表面純凈和表面粗糙度大的炭黑導電性好。橡膠技術網了解到,制備導電膠料時,炭黑的用量不能小于某一臨界值,否則膠料中過少的炭黑不能形成導電通道或不能引發(fā)場致發(fā)射,使膠料的導電性不能達到要求。
炭黑在橡膠中的作用
1.增加橡膠制品的耐磨性和使用壽命(補強劑)
2.節(jié)約成本,一般橡膠制品都是兩份膠一份炭黑(填充劑)
各品種炭黑的用途區(qū)別 炭黑按用途分類
按照用途可把其分為兩類:橡膠用炭黑、色素炭黑
1、色素用炭黑的分類
國際上根據炭黑的著色能力,通常分為三類,即高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。這個分類系統常用三個英文字母表示。前兩個字母表示著色能力,后一個表示生產方法
例如:高色素槽黑: HCC(high color channel)
高色素爐黑 HCF(high color furnace)
給類色色素分類主要根據粒徑和黑度進行分類。高色素槽黑(10-14nm),中色素槽黑(15-27 nm)、中色素爐黑(17-27 nm)、低色素爐黑(28-70 nm)
2、橡膠用炭黑的分類
命名系統是把炭黑膠料的硫化速度和結構等因素考慮進去的,由4個系統構成。個字母代表英文字母代表膠料的硫化速度。N代表正常(normal)硫化速度,S代表緩慢(slow)硫化速度。后面3個字母字母代表炭黑氮表面積范圍。第二個和第三個數字是反應不同的結構程度。
橡膠用炭黑的分類及用途:
命名系統是把炭黑膠料的硫化速度和結構等因素考慮進去的,由4個系統構成。個字母代表英文字母代表膠料的硫化速度。N代表正常(normal)硫化速度,S代表緩慢(slow)硫化速度。后面3個字母字母代表炭黑氮表面積范圍。第二個和第三個數字是反應不同的結構程度。(這些都是由國家標準的)
N220適用于各種橡膠,耐磨性比N330高10%-20%,能賦予膠粒膠高的拉伸強度和抗撕裂強度,并有一定的導電性。主要用于載重胎、乘用胎的胎面膠,及需要高強度、高耐磨的橡膠制品。
N234耐磨性比N220約高10%,在高苛刻度下使用,更能顯示出良好的耐磨性能。主要用于高速輪胎面膠和高質量的橡膠制品。
N326在天然橡膠中具有較高的拉伸強度、抗撕裂強度、耐磨性及抗蹦裂性能。主要用于要求強度高、生熱低的輪胎(包括越野胎)胎面膠,也適用于輸送帶、密封制品及其他高質量橡膠工業(yè)制品。
N330是一種補強性能良好的炭黑,能賦予膠粒較好的強伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和彈性。主要用于輪胎胎面、簾布膠、胎側及各種橡膠工業(yè)制品。
N339在胎面膠料中的補強性能、耐磨性能及抗裂口增長性能近于N220炭黑,特別適用于丁苯橡膠與順丁膠并用體系。主要用于乘用胎、卡車胎胎面膠,輸送帶、膠管及各種要求耐磨性高的橡膠工業(yè)制品。
N539使用于本品的膠料,其壓出表面光滑,口型膨脹小。硫化膠的拉伸強度和伸長率較高,定伸應力較N550低,彈性和耐疲勞性能均較好。主要用于輪胎胎體膠料,尤其適用于以天然橡膠為主的緩沖層膠料,亦可用于輪胎基部膠料、膠帶覆蓋和其它橡膠制品及電線、電纜護套料中。
N660本品適用于各種橡膠,與半補強碳黑相比,具有較高的結構,粒子較細,在膠料中易分散,硫化膠的拉伸強度、抗撕裂強度和定伸應力較高,而變形小,生熱低,彈性和耐屈擾性能良好。主要用于胎輪簾膠布、內胎、自行車、膠管、膠帶、電纜、鞋類及壓延制品、模型制品等。
N774適用于各種橡膠,是除熱裂法炭黑之外的粒徑(產品粒徑為80-170nm)、結構最低的炭黑品種,多用于輪胎胎體的緩沖層和簾布層膠料、膠管、壓出制品、各種工業(yè)橡膠制品,以及電線、電纜等在膠料中可以大量填充,其硫化膠伸長率高、生熱低、彈性高、耐老化性能良好。亦可代替熱裂法炭黑使用。
熱裂解法炭黑:橡膠炭黑N990系列炭黑則采用天然氣為原料,在隔絕空氣的條件下無火焰燃燒,裂解生成,稱熱裂解法炭黑,碳黑N990其基本性能與爐法炭黑有較大區(qū)別。
炭黑N990優(yōu)點主要表現在:
一、粒子尺寸和分布,平均粒子尺寸為280nm,氮表面積7-11平方米/克,吸磺值為10克/公斤,CTAB法表面積為9平方米/克;
二、粒子聚集度很小或說結構很低,顯示為許多單獨的球形炭黑粒子,基他部分由為數不多的熔接粒子組成,對比其它品種炭黑,整體聚集度很低。
熱裂解炭黑是所有炭黑品種中粒徑的品種,(N990:200-500nm,N880:100-200nm),較早些時候,熱裂解炭黑用于汽車零配件的填充料使用,那時候熱裂解炭黑的用途比較窄,價格也較為便宜。后來發(fā)現熱裂解炭黑具有填充量高,膠料的彈性好,永久不變形性能優(yōu)越而被大量使用與汽車、機床等橡膠制品中,價格也隨著需求的增加和天然氣價格的提高而提高。由于價格上漲,下游廠家多以天然氣半補強和噴霧炭黑代替,熱裂解炭黑的需求有所下降,但在個別行業(yè)中,熱裂解炭黑以其良好的使用性能任然在使用。