Page 90 - 《橡塑技术与装备》2020年1期（1月上半月橡胶）
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橡塑技术与装备（橡胶）                              CHINA RUBBER/PLASTICS  TECHNOLOGY  AND EQUIPMENT (RUBBER)

             SO 3 、CaO、SiO 2 、BaO、MgO 和 CuO 等。ZnO、
                                                                                          恒 温 搅
                                                                  裂解炭黑        打散磨碎
             MgO 等无机物 ( 见表 2) 可再次作为橡胶制品的硫化剂                                               拌（酸洗
                                                                                          脱灰）        产品
             来提高 S 或其它组分硫化剂对胶料的交联速率或者交                                         硬脂酸
             联程度。另外 ZnO 或其锌盐，能与硫化胶发生硫交联                                      图 2 深加工处理流程
             反应，从而使硫化胶应力松驰速度降低，提高橡胶制
                                                                   由于 PCB 表面的有机物中碳元素主要以酯基为结
             品热稳定性能。
                                                               合态，这与橡胶的相容性不好，故采用磨碎混合物，
                         表 2 PCB 杂质的化学组分
                                                               进行酸洗脱去热解炭黑表面的灰分，再与硬脂酸反应，
               杂质名称         含量 %      杂质名称        含量 %
                 ZnO       31.8 717     K 2 O     0.7 471      即硬脂酸的羧基与炭黑表面的羟基发生酯化反应，从
                 CaO       24.0 311     MgO       0.6 925
                           16.3 957               0.1 683      而使产品炭黑分子一端有了长链烷基，增强了其与橡
                 SO 3                   RuO 2
                           15.4 174               0.1 651
                 SiO 2                 Co 2 O 3                胶的黏合。结构有了很大的提高，可替代工业炭黑应
                           5.1 736      CuO       0.0 956
                 Al 2 O 3                                                    [28]
                           2.1 088       Cl       0.0 773      用于橡胶制品中         。
                 Fe 2 O 3
                           1.0 222                0.0 735
                 P 2 O 5               Cr 2 O 3                    另外美国 CBp 炭材料工业公司利用纳米技术把
                 BaO       0.8 974      SrO       0.0 351
                           0.7 484                             PCB 的质量提升为炭黑补强填料的水平，有 3 种牌号
                 TiO 2
                                                               分别为 CBpEX、CBpEX 和 CBpEU 的产品，可代替
             3.3.1 PCB 的性质                                     N500、N600、N700 和 N900 系 列 的 普 通 工 业 炭 黑，
                （1）粒径                                          或与其他工业炭黑并用。
                 聚集体是炭黑单独存在的最小单元，它的形态特                             c.PCB 在 NR 中的应用
             性直接影响炭黑的应用性能。炭黑聚集体的粒径是炭                               肖国良等做实验（基本配方（单位 ：份）： NR
             黑具有增强作用的首要因素。PCB 是各种型号工业炭                         100，炭黑 50，S 2.5，DM 0.6，SA 3，ZnO 5）得 ：
             黑（如 N110、N330、N660 等）的混合物，其粒径是                    ①不处理的 PCB ；②硬脂酸改性的 PCB ；③超细打散
             各种型号工业炭黑粒径分布的叠加。其原有各种工业                           的 PCB ；④表面改性超细 PCB ；⑤半补强炉黑。对
             炭黑在裂解过程中结构并没有被破坏。                                 NR 硫化胶的影响如表 3 所示。
                （2）结构性和表面化学组成                                          表 3 不同 PCB 的 NR 硫化胶的性能
                 炭黑结构和表面化学组成是决定 PCB 应用性能的                            性能          ①     ②     ③     ④     ⑤
                                                                  拉伸强度 /MPa     12.8  13.5  19.9  23.2  21.5
             另一关键因素，经研究知 ： PCB 表面具有类似于工业                          扯断伸长率 /%      530   530   660   640   561
                                                                 扯断永久变形 /%       16    16    20    20    14
             炭黑的结构，但与工业炭黑相比，PCB 表面沉积了更
                                                                 邵尔 A 型硬度 / 度    59    58    54    53    52
             多的有机物。区别在于工业炭黑表面的有机物中碳元
             素主要以羧基碳和羟基碳存在，而 PCB 表面的有机物                            由表可知 PCB 对 NR 的补强作用大小顺序为 ：
             中碳元素主要以酯基为结合态             [24] 。                  ④ > ③ > ② > ①，其中表面改性超细裂解炭黑的补强
                                                               性达到半补强炉黑 (N765) 的水平。这样在实际应用中
             3.3.2 应用
                                                               只要将配方加以改变完全可以替代部分补强炉黑而不
                （1）在橡胶中的应用
                 a. 直接使用                                       降低其力学性能，达到降低成本的目的。
                 不经处理的 PCB ：①含无机合物，可直接应用于                          d.PCB 在 SBR 中的应用
                                                                   ①当 SBR 中加入 PCB 后，混炼胶的门尼黏度
             橡胶成型的生产 ；②用于低等橡胶制品的填料 ( 可以
                                                               明显增大，与炭黑 N330 填充 SBR 硫化胶接近 ； tS
             与 N330、N550、N660 等按配方混合应用于轮胎中 )；
             ③用于制备橡胶  / 沥青混合物，较一般沥青铺路效果                        和 t90 也明显缩短，其值均介于 N330 和碳酸钙填充
                                                               SBR 混炼胶之间。②随着 PCB 用量的增加，SBR 硫
             佳，或作为沥青、密封产品的填充剂和添加剂。
                                                               化胶的拉伸强度、撕裂强度、100% 定伸应力和耐磨
                 b. 深加工应用
                 由于 PCB 与工业炭黑在化学组成有一定的差别，                      性明显提高 ；当 PCB 用量增至 50 份时，SBR 硫化胶
                                                               的拉伸强度提高至 15  MPa，撕裂强度超过 45  kN/m，
             而我们又想让 PCB 达到甚至优于工业炭黑的补强性，
                                                               其增强效果与炭黑 N774 相当，次于炭黑 N330              [29] 。
             那就必需对其进行深加工处理。其流程如下图（图 2）。
                                                                  （2）其他应用

                                                                                                         1
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