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炭黑造粒对橡胶耐磨性能的影响

2024-07-20190

橡胶材料因其良好的弹性和耐磨性能,被广泛应用于汽车、机械、建筑和工业生产等多个领域。在这些应用中,橡胶制品的耐磨性能直接关系到其使用寿命和性能稳定性。炭黑作为一种常用的补强剂,对橡胶的耐磨性能具有显著影响。而炭黑造粒作为炭黑加工的重要环节,进一步影响了炭黑在橡胶中的应用效果。本文将从炭黑造粒的角度,探讨其对橡胶耐磨性能的影响。

一、炭黑造粒的意义与过程

炭黑造粒是将流动性差、易飞扬的粉状炭黑通过特定工艺转化为颗粒状的过程。这一过程不仅便于炭黑的运输和使用,还显著减少了作业环境的污染。炭黑造粒主要分为干法造粒和湿法造粒两种。

干法造粒通常采用转鼓式造粒机,粉状炭黑在造粒机中自由滚动、互相碰撞,在分子间力(范德华力)的作用下形成球状颗粒。湿法造粒则主要通过搅齿式造粒机和转鼓式干燥机完成,湿炭黑在搅齿的旋转及推力下相互碰撞,形成颗粒,并在干燥过程中进一步固化。

炭黑的物化性质,特别是结构性和表面性质,直接影响造粒过程的难易。结构性高的炭黑由于其链枝结构发达,在造粒过程中容易互相“钩住”,影响造粒效率。而表面含氧官能团较多的炭黑,吸湿性较强,有助于在湿法造粒过程中通过水分子氢键作用促进造粒。

二、炭黑对橡胶耐磨性能的影响

炭黑作为橡胶制品中的重要补强剂,对橡胶的耐磨性能具有多方面的影响。炭黑的化学活性、粒径、结构性和表面粗糙度等因素均对橡胶的耐磨性能产生显著影响。

炭黑的化学活性:化学活性大的炭黑,表面上的活性点多,在炼胶与硫化过程中与橡胶分子反应形成的网状结构(结合橡胶)数量多。这种网状结构赋予了硫化胶更高的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性。实验证明,化学活性大的炭黑对橡胶的补强作用大,从而提高了橡胶制品的耐磨性能。

炭黑的粒径:炭黑粒子越小,比表面积就越大,相同质量炭黑的活性点也越多,能够更好地发挥炭黑对橡胶的化学结合和物理吸附作用,从而提高补强效应。因此,粒径较小的炭黑能够显著提高橡胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性和硬度。然而,粒径过小会导致粒子间聚凝力增大,易结团,混炼时分散困难,反而不利于橡胶耐磨性能的提升。

炭黑的结构性:结构性高的炭黑,其聚熔体形态复杂,枝杈多,内部空隙大,与橡胶混合后形成的吸留橡胶多。这种吸留橡胶能够阻碍橡胶分子链的变形,从而提高硫化胶的定伸应力和硬度,间接提升了耐磨性能。同时,结构性高的炭黑在混炼时分散性好,有助于改善压出操作性能,提高橡胶制品的整体质量。

炭黑的表面粗糙度:炭黑的表面粗糙度会对补强性能产生不利影响。当炭黑粒径相同时,增大表面粗糙度会使补强性能下降,因为橡胶分子链难以进入炭黑表面的微小孔隙,减少了炭黑与橡胶的有效接触面积。这会导致硫化胶的拉伸强度、定伸应力和耐磨性下降,但回弹性、扯断伸长率等性能可能有所提升。

三、炭黑造粒对橡胶耐磨性能的具体影响

炭黑造粒过程通过改变炭黑的物理形态,间接影响了炭黑在橡胶中的应用效果,从而对橡胶的耐磨性能产生显著影响。

提高分散性:造粒后的炭黑颗粒均匀,比表面积减小,有利于在橡胶混炼过程中均匀分散。分散性好的炭黑能够更充分地与橡胶分子结合,形成更多的结合橡胶,从而提高硫化胶的拉伸强度和耐磨性。

减少加工过程中的磨损:粉状炭黑在运输和使用过程中容易飞扬,不仅污染环境,还可能在橡胶加工过程中增加磨损。造粒后的炭黑颗粒形态稳定,减少了加工过程中的磨损,有利于提高橡胶制品的整体质量。

优化橡胶制品的物理机械性能:炭黑造粒过程中,通过控制造粒条件,可以调整炭黑的粒径分布和结构性,从而优化橡胶制品的物理机械性能。例如,通过湿法造粒在造粒水中添加处理剂,可以进一步改善炭黑的补强性能,提高橡胶制品的耐磨性。

四、结论

炭黑造粒作为炭黑加工的重要环节,对橡胶制品的耐磨性能具有显著影响。通过优化炭黑造粒工艺,可以提高炭黑在橡胶中的分散性,减少加工过程中的磨损,并优化橡胶制品的物理机械性能。因此,在橡胶制品的生产过程中,合理选择炭黑造粒工艺,对于提高橡胶制品的耐磨性能具有重要意义。未来,随着科技的进步和工艺的不断优化,炭黑造粒技术将在橡胶工业中发挥更加重要的作用。

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