炭黑： 由許多烴類物質(zhì) (固態(tài)、 液態(tài)或 氣態(tài))經(jīng)不完全燃燒或裂解生成的具 有高度分散性的黑色粉末物質(zhì)， 主要 由碳元素組成， 是近乎球形的膠體粒 子，而這些粒子大都熔結(jié)成形狀不規(guī)則的聚集體( aggregate)。

　　一、炭黑的生產(chǎn)工藝方法

　　槽法炭黑是唯一可用于與食品接觸的橡膠用炭黑品種。

　　熱裂法炭黑 粒子Z大、結(jié)構(gòu)Z低。

　　二、炭黑的分類與命名

　　三、炭黑的性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo)

　　1.炭黑的粒徑及分布 :

　　單顆炭黑粒子或聚集體中原生粒子的平均粒徑大小，單位常為 nm。炭黑工業(yè)常用的平均粒徑有 算術(shù)平均粒徑 和表面平均粒徑 兩種。

　　2、炭黑的比表面積及表面粗糙度

　　炭黑比表面積 ：指單位質(zhì)量或單位體積( 真實(shí)體積)中炭黑粒子的總表面積。粒徑 小，比表面積大。

　　炭黑比表面積的測定方法 : 

　　(1)電子顯微鏡法( SE)

　　(2)BET 法(低溫氮吸附法， SN)

　　(3)碘吸附法(在碘—碘化鉀溶測中炭黑吸附碘的能力)

　　(4) CTAB 大分子吸附法(十六烷基三甲基溴化銨)

　　表面粗糙度 ：指炭黑粒子在形成過程中， 因粒子表面發(fā)生氧化侵蝕所形成的孔洞的多少，即氧化程度，也稱炭黑的孔隙度。用粗糙度系數(shù) K 表示。

　　表面粗糙度高的炭黑含氧基團(tuán)多， 多呈酸性， 能遲延硫化速度， 增加吸水性， 降低補(bǔ)強(qiáng)效果。

　　四、炭黑的結(jié)構(gòu)度

　　1.炭黑的微觀結(jié)構(gòu)：烴裂解出的碳原子通過碰撞等作用形成正六邊形的碳核，碳核繼續(xù)增長形成層面， 3～ 5 個層面平行等距排列 組成一個微晶體。是準(zhǔn)石墨晶體，且晶體中平行層面間距稍大于石墨晶體。

　　2、炭黑的一次結(jié)構(gòu)：炭黑聚集體( aggregate)，又稱為基本聚熔體或原生結(jié)構(gòu)，它是炭黑的Z小結(jié)構(gòu)單元。

　　3、炭黑的二次結(jié)構(gòu)：又稱為附聚體、凝聚體或次生結(jié)構(gòu)，它是炭黑聚集體間以范德華力相互聚集形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)不太牢固， 在與橡膠混煉時易被碾壓粉碎成為聚集體。

　　炭黑結(jié)構(gòu)度及其測定方法

　　炭黑結(jié)構(gòu)度 是指炭黑聚集體表面鏈枝狀結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度，鏈枝數(shù)量多而長，結(jié)構(gòu)度越高。

　　炭黑結(jié)構(gòu)度的測定方法：視比容法(壓縮法) ，DBP 吸油值法 ，壓縮樣 DBP 吸油值法

　　五、炭黑的表面性質(zhì)

　　1.炭黑的化學(xué)組成

　　揮發(fā)分 (volatile matter) ：揮發(fā)分是將炭黑在隔離空氣的條件下高溫加熱， 大部分炭黑能放出H2,CO,CO2 等氣體，這便是揮發(fā)分。氧含量高時揮發(fā)分含量高，揮發(fā)分含量過高時(如槽法炭黑)會 遲延硫化 。

　　水分 (water content)：105℃下加熱減量即為水分含量。炭黑的水分含量與周圍環(huán)境的溫度，濕度有關(guān)， 與炭黑的比表面積， 孔隙度， 氧含量等有關(guān)。在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下氧含量高的炭黑其水分含量亦高。應(yīng)用水分含量過大的炭黑，混煉時間長(剪切力降低)擠出易起海綿，硫化膠會產(chǎn)生氣泡。

　　灰分 (ash)：炭黑的灰分主要來源于原料所含的灰分、設(shè)備銹蝕，急冷水所含的鹽分和其它固體殘?jiān)Ｌ亢诘幕曳忠?般不會引起硫化膠性能的改變，但灰分中若含 Cu,Mn,Fe 及其化合物(變價金屬離子及其鹽分)時會影響硫化膠的耐老化性能。550℃下灼燒。

　　2、炭黑的表面基團(tuán)

　　六、炭黑的酸堿性

　　爐法炭黑顯弱堿性， 槽法炭黑顯酸性。酸性炭黑硫化速度偏慢， 堿性炭黑硫化速度較快。

　　七、炭黑的結(jié)合橡膠及包容膠

　　1. 結(jié)合橡膠：也稱為炭黑凝膠( bound- rubber)，是指炭黑混煉膠中不能被它的良溶劑溶解的那部分橡膠。

　　2. 包容橡膠 ：又稱吸留橡膠，是指在炭黑聚集體鏈枝狀結(jié)構(gòu)中屏蔽(包藏)的那部分橡膠。包容膠的形成影響炭黑在橡膠中的添加量。

　　八、炭黑對橡膠加工性能的影響

　　1. 炭黑性質(zhì)對混煉( mixing)的影響：

　　(1)炭黑性質(zhì)對混煉吃料及分散的影響

　　炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)高，用量大 吃料慢; 炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)低，用量大 分散差;

　　(2)炭黑性質(zhì)對混煉膠粘度的影響

　　炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，粘度高。

　　(3)炭黑性質(zhì)對混煉生熱及能耗的影響

　　炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大、表面活性高，生熱高。

　　炭黑粒子小、結(jié)構(gòu)度高、用量大，混煉能耗大。

　　(4)炭黑對膠料包輥性的影響

　　在吃炭黑過程中，膠料的包輥性下降;炭黑被吃進(jìn)去以后，可以改善包輥性。

　　1. 炭黑性質(zhì)對硫化( curing)的影響

　　pH 值低，遲延硫化;pH 值高，膠料易焦燒，硫化速度快。

　　炭黑粒徑小，結(jié)構(gòu)高，易焦燒，硫化速度快。

　　2 炭黑對膠料自粘性( autohension)影響

　　炭黑粒徑小，表面活性大，結(jié)構(gòu)度高，膠料的自粘性好。 隨炭黑用量增大，膠料的自粘性先增大后下降。

　　3.炭黑性質(zhì)對壓延( calendering)的影響

　　炭黑的粒徑小，結(jié)構(gòu)度高，壓延收縮率小

　　4.炭黑性質(zhì)對壓出( extruding)的影響

　　炭黑的結(jié)構(gòu)性高， 混煉膠的壓出工藝性能較好， 口型膨脹率小，半成品表面光滑，壓出速度快。

　　九、炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

　　應(yīng)力軟化效應(yīng)：試樣拉伸到一定長度( L)后除掉外力，在間隔較短的時間后再次拉伸到相同長度時，拉伸力小于第一次拉伸力的現(xiàn)象。

　　十、白炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)

　　氣相法白炭黑粒徑 8～17nm

　　沉淀法白炭黑粒徑 17～28nm

　　 補(bǔ)強(qiáng)：在橡膠中加入一種物質(zhì)后， 使硫化膠的 耐磨性、 抗撕裂強(qiáng)度、 拉伸強(qiáng)度、 模量、抗 溶脹性等性能獲得較大提高的行為。

　　 填充： 在橡膠中加入一種物質(zhì)后，能夠增大橡膠 的體積，降低制品的成本，改善加工工藝性能 ，而又不明顯影響橡膠制品性能的行為。