炭黑（Carbon blacks，CB）可以添加到聚合物中，用作：

·     增强弹性体，从而提高弹性体的机械性能。在过去的多年当中，轮胎的增强都是仅仅通过炭黑来完成的，但是现在有沉淀二氧化硅类的产品作为炭黑的竞争性产品。

·     光保护：可以使紫外光对表面的照射维持在一个低的水平，但是表面颜色为暗灰色或黑色。

·     着色。

·     提高电导率：研发出的具有特殊电导率的炭黑可以使得本身具有绝缘性的聚合物具有电导性。

炭黑还可以通过以下的方式以节约成本：

·     降低橡胶重量（以及橡胶成本），但是可以得到与橡胶原来相同的机械性能效果。

·     增加耐磨损性等使用性能。

新的品级的炭黑和研究工作遵循以下的三种策略：

·     通过革新的生产方法而获得性能的新的改进。

·     通过表面处理对炭黑与聚合物基体间的相互作用进行改性。

·     通过与另外的补强填料联用而进一步增强性能、并减轻缺陷。

本文主要对补强炭黑进行了研究

什么是炭黑？

炭黑是由裂化油或气体有机原料在有限的氧气气氛环境中得到的。在获得炭黑的过程中，几个化学反应过程是共同存在的：

·     从熔炉中的石油开始。这是当今最常用的增强橡胶的方法。

·     从管道中的气体开始，会使炭黑酸化且固化减慢。

·     从热式气体开始。所得炭黑的增强性能很差或无增强性。

·     乙炔。这类炭黑用来制造导电聚合物。

从物理角度来讲，炭黑分为三种结构水平：

·     主要粒子的尺寸范围在10-500nm之间。尺寸的测定可以通过直接的方法来完成；也可以通过粒子表面对液体或气体（CTAB、碘、氮气）的吸收而进行表面积测定，进而间接估计粒子尺寸。每种方法所得到的值是不同的。与CTAB指数相反，颗粒对氮气的吸收不但可以测量多孔表面（对于橡胶而言是达不到的）的表面积，还可以测量外比表面积。现有的表面积范围在10m2/g到150m2/g。最小的颗粒尺寸可以产生最大的表面积并且所获得的相应炭黑具有最强的增强性能和最低的分散性。

·     团聚颗粒的尺寸范围在40nm到600nm之间。团聚的尺寸与结构（颗粒的孔洞和颗粒数量）是由吸油率、邻苯二甲酸二丁酯（或DBP）的普遍吸收率来表示的。团聚颗粒邻苯二甲酸二丁酯（或DBP）的吸收率普遍在30到 150cm3/100g之间。多孔性橡胶不再拥有具有机械性能（弹性、延长性、压缩永久变形性等）的活性部分...

·     团聚体的再次团聚。

表

1

表示了一些流行的炭黑的主要性能。

N220

N339

N550

N660

主要颗粒

吸碘值, g/kg

121

90

43

36

CTAB CTAB 比表面积，m2

111

95

42

36

预聚体

DBP 指标，cm3/100g

114

120

121

90

 从化学角度来看，炭黑基本上是由纯碳组成的，另外还包含一少部分的氧和氢原子（表2）。

表

2:

炭黑: 化学分析实例

熔炉

管道

热式

碳, %

98

96

99

氧, %

<1

3

可忽略不计

氢, %

<0.4

0.5

0.4

硫, %

0.5 to 1.8

<0.1

<0.05

应用于橡胶增强的炭黑的文字与数字识别系统包括：

·     硫化率的表示字母：N代表正常速率，S代表慢速。

·     三个数字。第一个数字代表了颗粒尺寸，从0到9分别表示（1-10nm）到（201-500nm）。

改进炭黑的新型生产方法

方法包括：对炭黑结果进行精细的改性以提高加工方便性、增强性和其他性能之间的平衡。在后文中引用了一些相关的例子：

·     低滞后炭黑

·     低碘HAF

·   ....