炭黑的結(jié)構(gòu)性與橡膠性能的關(guān)系
炭黑的結(jié)構(gòu)性是影響炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能的第三因素,即形狀因素。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性高的炭黑,其聚熔體形態(tài)復(fù)雜,枝又多,內(nèi)部空隙大當(dāng)與椽膠混合后,形成的吸留橡膠(或稱(chēng)包容橡膠)
多。由于炭黑聚熔體能礙被吸留的橡膠分子鏈變形,因而對(duì)硫化膠定伸應(yīng)力、硬度等性能的提高有顯著貢獻(xiàn),從而體現(xiàn)了補(bǔ)強(qiáng)作用。同時(shí),吸留橡膠的形成,對(duì)提高炭黑在混煉時(shí)的分散
性以及改善壓出操作性能等方面也起著顯著的作用,即使壓出時(shí)口形膨脹率和半成品收縮率減小,半成品挺性大,且表面光滑炭黑的結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)晶型和非結(jié)晶型橡膠的補(bǔ)強(qiáng)性能的影響不
同,主要表現(xiàn)在對(duì)拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的影響上。其一般規(guī)律是:當(dāng)粒徑相同時(shí),高結(jié)構(gòu)炭黑對(duì)非結(jié)晶性橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用大,有較高的拉伸強(qiáng)度和斯裂強(qiáng)度,這是由于炭黑的結(jié)構(gòu)提高了非
結(jié)晶性橡膠的結(jié)晶傾向而較低結(jié)構(gòu)的炭黑對(duì)結(jié)晶型橡膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的提高較為有利,這主要是由于結(jié)構(gòu)性低時(shí),被吸留的橡膠少,有利于橡膠的伸長(zhǎng)結(jié)晶。此外,炭黑的結(jié)構(gòu)
性還是影響膠料導(dǎo)電性能的最重要因素。結(jié)構(gòu)性越高,導(dǎo)電性越好。
這可以簡(jiǎn)單地解釋炭黑聚熔體的鏈枝狀結(jié)構(gòu)易于在膠料中形成交織連接的導(dǎo)電通路,因此使導(dǎo)電性提高。當(dāng)炭黑粒徑相同時(shí),増大表面粗糙度會(huì)使補(bǔ)強(qiáng)性能下降,其原因是橡膠分
子鏈不能進(jìn)入只有零點(diǎn)幾個(gè)納米的炭黑表面空隙中,因而使炭黑與橡膠能夠產(chǎn)生相互作用的有效表面積減少,補(bǔ)強(qiáng)作用下降。其結(jié)果表現(xiàn)為硫化膠的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、耐磨性、
耐屈撓龜裂性能下降;但回彈性、扯斷伸長(zhǎng)率以及受其影響的抗撕裂性能提高。由于空氣占據(jù)了炭黑的表面孔隙,因此混煉時(shí),阻礙了橡膠分子鏈和鏈段對(duì)炭黑表面的浸潤(rùn)作用,從而使
炭黑在膠料中的分散性變壞,并由此導(dǎo)致壓出變形率的加大,壓出半成品表面不光滑,壓出工藝操作困難。炭黑表面的這些孔隙能吸時(shí)一些低分子的促進(jìn)劑和硫化劑等,使之失去活性作
用,從而導(dǎo)致遲延硫化,并影響硫化膠性能。