第一节

炭黑

概述

我国是世界上生产炭黑最早的国家。炭黑不仅能提高橡胶制品的强度，而且能改善胶料的加工性能，并赋予制品以耐磨耗、耐撕裂、耐热、耐寒、耐油及某些特殊性能，使制品使用寿命延长。

炭黑的性质

一

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炭黑粒子大小和表面积

炭黑粒径越小（表面积越高），这种炭黑的补强性能就越高，所以炭黑的粒径或表面积是评价炭黑性能的主要指标之一。

二

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炭黑的结构性

炭黑的结构性是指炭黑粒子连接成长链并熔结在一起而成为三度空间的聚集倾向，这种聚集体是再制造过程中由粒子与粒子间熔合在一起的，这些聚集体（一次结构）也可形成疏松的缔合物或称“二次结构”，他们容易破坏，故称暂时结构。测定炭黑机构通常是用单位重量炭黑中聚集体之间空隙总体积来评价，即测定填充这一空隙所需要的邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的体积数，此即炭黑的DBP吸收值。现多用压缩后的DBP值（即所谓的24M4法）。DBP值越高，说明炭黑结构越高，胶料的粘度、定伸应力及硬度就会增加，加工性能改善。

三

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炭黑化学组成及其性质

炭黑由90~99%的元素碳组成，其余有氢、氧及由它们组成的各种官能团，还有少量结合硫及其它杂质，其杂质包括硫、灰分、焦油、水。

氢

炭黑中一般含有0.3~0.7%的氢。一般氢含量高，炭黑导电性能下降。

2.氧

炭黑中氧是在炭黑粒子形成后与空气接触而自动氧化结合的。它们以不同形式活性基团存在，影响炭黑的化学性质，使炭黑在橡胶中易于分散。并影响炭黑的PH值及胶料的硫化速度。炭黑含氧量随制法不同而异，一般炉黑为1%，槽黑为3~4%。大多数槽黑比炉黑的PH值低，这与其含氧量高及表面存在酸性基团有关。代槽炉黑的含氧量及表面性质与槽黑相似。

3.挥发分

炭黑所含有的氢和氧在隔绝空气的条件下加热，则放出氢、一氧化碳和二氧化碳等，即为挥发分。一般槽黑约为5%，炉黑约为1%，氧含量高的槽黑则挥发分显著地高。

4.硫

炭黑中的结合硫不会引起橡胶的交联。

5.灰分

炭黑中的灰分主要来源于原料中所含的灰分，还有设备腐蚀、急冷水中所含的盐分和固体残渣。槽法炭黑比炉法炭黑所含灰份低。灰分中的铜、锰等化合物对硫化胶的老化作用可能有影响。

6.水分

炭黑中的化合水很少，主要是吸附水。含量对炭黑的应用性能有一定影响。

7.筛余物

指通不过100目筛的硬粒杂质。筛余物中70~80%是硬炭，炭黑中硬炭增加，对硫化胶性能有不利影响。

8.溶剂抽出物

一般用丙酮作为抽出溶剂以检定炭黑中可抽出物的含量，称丙酮抽出物。溶剂抽出物时存在于炭黑表面上的焦油状物质，它是高分子量的复杂多环烃，它的存在对胶料性能没有明显影响。但非污染炭黑和污染炭黑就是据此而划分的。

四

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炭黑粒子表面粗糙度

炭黑粒子形成后因高温氧化气体侵蚀的结果。在工业上可用炭黑内表面积（低温氮吸附法）与外表面积（CTAB法）的比值来表示炭黑的粗糙度（系数）。由于这种微孔很小，以致橡胶分子很难进入。一般炉法炭黑的粗糙度要小于槽法炭黑。橡胶用炭黑的表面粗糙度宁可光滑些，而不希望有微孔，这在炭黑的制造和应用上都是有利的。

五

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炭黑粒子的微观结构及其形态

炭黑是由准石墨微晶构成，而且这种微晶是同心取向，越....