炭黑在橡胶制品中的应用

2.特种胶管

根据特殊的使用条件和输送介质要求制作。具体有耐热、耐油或耐酸、碱或其他功能胶管。对于特种胶管来说，其配方中起主要作用的是橡胶的选择以及硫化体系。补强填充剂炭黑的作用仍然与普通胶管相同，主要是影响橡胶的强伸性能、耐磨性以及加工性能，对耐热、耐油、耐酸碱等无直接影响，但对防静电或导电功能有利。随炭黑配合量的增加和导电炭黑的加人，胶料比电阻降低。

(1) 耐热胶管 硫化胶的耐热性决定橡胶制品的最高使用温度和时间，而耐热性主要取决于所用聚合物的类型和结构特点。所有耐热聚合物的共同结构特点是，它们具有不易起反应的化学键结构，主键具有较高的键能，键能越高，其耐热性越好。各种橡胶都具有各自的使用温度范围，制品的使用温度一般不能超出该制品所用橡胶允许的最高使用温度，所以只能根据橡胶制品的使用温度选择相应的耐热橡胶。硫化体系的选择是仅次于橡胶的重要影响因素。不同硫化体系形成不同的交联键结构，而不同的交联键网络类型对橡胶耐热性也是不同的。键能愈大，硫化胶的热老化性愈好。吸氧速度愈慢，硫化胶的耐热老化性能亦愈好,如:碳-碳键比单硫键键能高，多硫键比单硫键的键能高，吸氧速度慢，所以耐热性好，反之较差。选用过氧化物硫化,或用有效、半有效硫黄硫化体系的硫化胶，形成较多的碳-碳键和单硫键，较少的多硫键，所以在同种橡胶制品中耐热性较好。

对于填充体系而言，一般无机填料比炭黑有更好的耐热性，例如:白炭黑、活性氧化锌、氯化铝等。在丁腈胶料中，炭黑的粒径越小。即比表面积越大,则硫化胶的耐热性越差，所以耐热橡胶制品配方往往选用无机填料，或硬质高耐磨炭黑与无机填料、软质炭黑并用的填充补强体系。这样既照顾到耐热性,也保证了对基本物性的要术。另外，在耐热橡胶配方中，如选用过氧化物硫化体系，过氧化物又含有酸性基团，如过氧化二苯甲酰(BPO), 如选用酸性填料，如混气槽黑，则硫化没有影响，比较合适。但若选用无酸性基团而为减性的炉法发黑时，则会消耗部分BPO的酸性而对其硫化有不良影响。相反，如选用过氧化二异丙苯(DCP) 硫化剂时，则碱性炉法炭黑几乎没有影响，而此时若使用酸性填料或酸性炭黑则妨碍其硫化。对耐热胶管来说，耐热性虽然是要达到的特殊性能，但作为胶管基本功能要求的力学基本物性，是一切配方考虑的前提。炭黑是硫化胶基本的、比较理想的补强剂，各种制品一般都要使用，这就要求在配方设计时综合各种因素，扬长避短，满足各方面的使用要求。

(2)耐油胶管 耐油胶管除要满足作为胶管的基本力学性能要求外，突出的是要满足耐抽性能要求。橡胶的耐油性是指硫化胶抗油类作用的能力，即当橡胶制品与各种油液长期接触时，油液能渗透到橡胶中使之膨胀(或称体积增大)，或者油类介质可以从硫化胶中抽出可溶性配合剂(如增塑剂)，导致硫化胶(或称体积减小)。所有的油有机油、液压油、发动机油、燃油油类。耐油性的评价，通常是用标准试验油测定硫化胶在油中、在规定的温度和时间浸泡后的体积(或质量)变化的百分率，或硬度变化的百分率(或差值)。

硫化胶的耐油性主要取决于橡胶、硫化体系以及所用油的化学性质。油类通常是非极性的，所以含有极性基团的橡胶，如:丁腈橡胶、氯丁橡胶，两者极性相差较大，对非极性的油类有良好的稳定性。再者橡胶的硫化体系对改善耐油性有重要影响。

一般说来，耐油性随交联密度的增加，网络结构中自由体积的减小而使油的渗入和扩散困难，从而增加耐油性。另外，与交联键的类型亦有关，用过氧化物硫化或有效硫黄硫化的胶料(如丁腈胶)比用普通硫黄硫化体系的胶料的耐油性要好。

对作为填充补强剂的炭黑而言，虽无直接影响，但间接影响耐油性，主要表现在两个方面，一方面是增加炭黑的使用分数，降低了胶料中橡胶的体积分数，可以提高胶料的耐油性:另一方面填充的炭黑都具有活性，而且活性越高可增加硫化胶的交联密度，增强橡胶分子之间的结合力，从而增强了抗油渗透和膨胀能力，所以提高了橡胶制品的耐油性能。因此若从耐油性的角度说，在胶料中填充的炭黑粒子越小，活性越高。但在实际应用中，往往要求耐油的胶管也同时在温度较高的条件下使用，所以同时要求既耐油也耐热，这就要综合考虑产品的实际使用条件和加工工艺，往往采取硬质高耐磨炭黑和软质通用、快压出半补强等炭黑并用的方法。软质炭黑品种加工性能也比较好，特别是挤出胶管，如使用粒子居中、结构稍高的快压出(N550) 炭黑则制品尺寸稳定、表面光滑，是常选用的炭黑品种之一，炭黑用量为30~50份。

当炭黑的补强性越大，其硫化胶的抗溶胀性越好，耐油性能也提高。在不影响其他性能前提下，可适当增加炭黑和填充剂用量。

(3)耐酸、碱胶管 耐酸、碱胶管长期使用在与化学药品接触的场合。化学药品主要是各种酸、碱、盐溶液，由于它们对橡胶制品的氧化作用，常常引起橡胶和配合剂的分解，近成硫化胶的腐性或引起橡胶的溶胀。对耐酸、碱要求不高的胶管，可采用天然橡胶或与丁腈橡胶、氯丁橡胶并用;对接触腐蚀性较强的介质的胶管，可选用丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶等特种橡胶。采用的硫化体系要本着增加交联密度、提高硫化胶的弹性模量的原则，是提高硫化胶耐化学腐蚀介质的重要措施。耐化学腐蚀介质的胶料配方所选用的填充剂应具有化学惰性，不易和化学腐蚀介质反应，不被浸蚀，不含水溶性电解质等。炭黑对化学腐蚀介质一般比较稳定，添加炭黑也增加了胶料的交联密度，提高硫化胶的弹性模量，对提高胶料的耐腐蚀性能有利。根据胶料的力学性能要求选择炭黑的品种和填充量(如根据硬度要求决定炭黑填充分数)。胶管配方中一般选用高耐磨炭黑或半补强发黑，或两者并用效果更好。其他填料可选用硫酸钡、陶土等。在保证物理性能和加工性能的前提下，可适当增加填充补强剂的用量，减少含胶率，可提高制品的耐酸、碱性。