انواع کربن سیاه به عنوان یک عامل تقویت کننده چیست؟

کربن بلک را می توان در بسیاری از موارد به عنوان یک عامل تقویت کننده استفاده کرد.در این مقاله با مفاهیم اولیه تقویت کننده ها و پرکننده ها شروع می کنیم. طبقه بندی اساسی برای درک این جنبه از دانش.

 

عامل تقویت کننده

به پرکننده ای اطلاق می شود که می تواند خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات لاستیکی را بهبود بخشد؛ پرکننده: به پرکننده ای اطلاق می شود که می تواند باعث افزایش حجم محصولات لاستیکی، کاهش محتوای لاستیک و کاهش هزینه شود.

طبقه بندی پرکننده ها را می توان بر اساس عملکرد، رنگ، منبع و شکل

با توجه به عملکرد: عامل تقویت کننده، پرکننده؛

با توجه به رنگ: پرکننده سیاه، پرکننده غیر سیاه؛

با توجه به منبع: پرکننده آلی، پرکننده معدنی؛

بر اساس شکل تقسیم کرد. پرکننده گرانول، پرکننده رزینی، فیبر فیلر. پس از درک مفاهیم اساسی عوامل تقویت کننده و پرکننده ها، ویراستار ابتدا انواع و طبقه بندی های کربن سیاه را برای همه مرتب کرد.

پیشنهاد مطالعه: دلایل تغییر قیمت انواع مستربچ

انواع و طبقه بندی کربن سیاه

بیش از 40 نوع کربن سیاه وجود دارد. با توجه به نقش: کربن سیاه سخت (اندازه ذرات زیر 40 نانومتر، تقویت بالا)؛ کربن سیاه نرم (اندازه ذرات بالای 40 نانومتر، تقویت کم). با توجه به روش تولید: کربن سیاه کانال، کربن سیاه کوره، کربن سیاه ترک حرارتی، کربن سیاه فرآیند جدید.

1. کربن بلک روش تماس (کانالی سیاه، اسیدی، بسیار تقویت کننده، متعلق به کربن سیاه سخت)، که از خنک کردن و جمع آوری گازهای دودکش از شعله گاز مواد خام، با فلز سرد یا غیرفلز به عنوان سطح تماس تشکیل می شود. . انواع اصلی: مخزن گاز طبیعی مشکی (با گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه) با pH پایین. EPC سیاه مخزن با قابلیت اختلاط آسان، برچسب ASTM S300، MPC سیاه مخزن قابل مخلوط، برچسب ASTM S301، کربن سیاه مخلوط گاز، کربن سیاه غلتکی، کربن سیاه کانال رسانا CC، ذرات درشت، مقاومت کوچک است. خواص پایه: ذرات ریزتر (با محدوده اندازه ذرات حدود 30 نانومتر) اثر تقویت کنندگی زیادی بر NR دارند و خواص کششی خوبی دارند، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت برش دارند؛ محتوای اکسیژن بالا (با گروه های حاوی اکسیژن بیشتر) اسیدی است. و ولکانیزاسیون را به تاخیر می اندازد، زیرا افزودنی اسیدی اثر جذب بر روی شتاب دهنده دارد؛ این ماده عمدتاً در NR برای ساخت لاستیک آج تایر استفاده می شود و به ندرت در لاستیک مصنوعی استفاده می شود.

2. سیاه کوره مبتنی بر نفت (قلیایی، بسیار تقویت کننده، کربن سیاه سخت)، همچنین به عنوان سیاه کوره نفت یا سیاه کوره شناخته می شود، بر اساس نفت خام است. احتراق در یک کوره مخصوص و سپس گاز دودکش با پاشش آب سرد می شود، (قلیایی به دلیل جذب املاح در آب)، انواع اصلی: کربن سیاه فوق العاده مقاوم در برابر سایش SAF (مشکی کوره سایش شام)، ASTM برچسب N110 است، ذرات خوب هستند، اثر تقویت کننده خوب است، اما پراکندگی آن آسان نیست، و عملکرد فرآیند ضعیف است. ISAF (مشکی کوره فوق سایش متوسط)، برچسب ASTM N220 است، کوره فوق سایش متوسط ​​با ساختار بالا سیاه و سفید HS-ISAF، برچسب ASTM N242 است، کوره فوق سایش متوسط ​​با ساختار کم سیاه LS-ISAF، برچسب ASTM N219 است، مقاوم در برابر سایش بالا کوره سیاه HAF (سیاه کوره سایشی بالا)، برچسب ASTM N330، کوره با ساختار بالا مقاوم در برابر سایش سیاه HS-HAF، برچسب ASTM N347، کوره با ساختار کم مقاوم در برابر سایش سیاه LS-HAF، برچسب ASTM N326 است. . خواص اساسی: ذرات ریز، کربن سیاه با سختی تقویت کننده بالا، بسیار مناسب برای لاستیک مصنوعی (همچنین مناسب برای NR)، محتوای کم آب و اکسیژن، قلیایی، می تواند باعث افزایش جوشش شود، به طور گسترده در محصولات مقاوم در برابر سایش با خواص خوب مانند تایر استفاده می شود. لاستیک آج.

3. روش کوره گاز کربن سیاه (روش کوره گاز کربن سیاه، کم تقویت کننده، به نام کربن سیاه نرم)، به دست آمده از احتراق ناقص گاز طبیعی و نسبت معینی از هوا در کوره. Fast Extruding Furnace Black FEF (Fast Extruding Furnace Black)، برچسب ASTM N550 است، ذرات ضخیم تر از قبل هستند، متفاوت از فرآیند اکستروژن اختلاط، مورد استفاده برای لاستیک لوله داخلی. Fine Furnace Black FF (Fine Furnace black)، برچسب ASTM N440، ساختار پایینی دارد و می تواند الاستیسیته و مقاومت خمشی ترکیب را بهبود بخشد. کوره عمومی سیاه و سفید GPF (سیاه کوره عمومی)، درجه ASTM N660، ذرات بزرگ، عملکرد پردازش خوب، ازدیاد طول بالا، کشش بالا، تولید حرارت کم و سایر ویژگی ها. HMF سیاه کوره با مدول بالا (High modulus furnace black)، برچسب ASTM N601، تنش مدول ترکیب را افزایش می دهد و تقویت آن بیشتر از SRF، اما کمتر از GPF است. کوره نیمه تقویت‌کننده SRF سیاه (نیمه تقویت‌کننده کوره سیاه)، برچسب‌های ASTM N754 (ساختار کم)، N765 (ساختار بالا)، ذرات بزرگ، تولید حرارت کم در حین پردازش، و لاستیک ولکانیزه با خاصیت ارتجاعی بالا و کشیدگی بالا. خوب مقاومت انعطاف پذیر و عملکرد چسبندگی هنگامی که برای لوله های داخلی و شیلنگ های لاستیکی استفاده می شود، حجم پر می تواند بزرگتر باشد.

4. ترک حرارتی و سایر انواع کربن سیاه (کربن سیاه نرم، اساساً هیچ اثر تقویت کننده ای ندارد) کوره ترک حرارتی ذرات ریز سیاه FT (سیاه حرارتی خوب)، برچسب ASTM N880، مناسب برای NR و لاستیک مصنوعی، اغلب در لوله داخلی استفاده می شود. مشکی حرارتی متوسط ​​MT (متوسط ​​مشکی حرارتی)، با نام ASTM N990، مناسب برای NR و لاستیک مصنوعی، بیشتر برای محصولات قالب‌گیری شده، به ویژه برای محصولات مقاوم در برابر روغن استفاده می‌شود. دو نوع اندازه ذرات فوق نسبتا بزرگ هستند و تقریباً هیچ اثر تقویتی ندارند و بیشتر به عنوان پرکننده های ارزان قیمت استفاده می شوند و برای محصولات اکسترود شده و محصولاتی که به استحکام مکانیکی بالایی نیاز ندارند مناسب هستند. کوره رسانا سیاه CF (Conductive furnace black)، برچسب ASTM N293. استیلن بلک ACET (Acetylene black) دارای اندازه ذرات متوسط ​​و بالاترین ساختار در بین تمام کربن سیاه است. کربن سیاه فرآیند جدید مبتنی بر روش کوره است و با بهبود عملکرد فرآیند به دست می آید. MPF (مشکی کوره چند منظوره) APF (مشکی کوره همه منظوره) SPF سیاه کوره پردازش فوق العاده (مشکی کوره فوق العاده). با اندازه ذرات کوچک، توزیع اندازه ذرات باریک، سطح صاف، عملکرد پردازش خوب مشخص می شود و می توان از آن برای تقویت لوله های داخلی سمت تایر و سایر محصولات صنعتی استفاده کرد.

پیشنهاد مطالعه: مستربچ چیست؟ کاربرد انواع مستربچ در صنعت

در تهیه آج لاستیک مصنوعی از چه نوع کربن سیاه باید استفاده شود

1. الزامات لاستیک آج: استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، خاصیت ارتجاعی خوب، مقاومت در برابر حرارت خاص و مقاومت در برابر پیری، و خاصیت خودتقویت ضعیف لاستیک مصنوعی، بنابراین کربن سیاه با خاصیت تقویت کننده بالا (کربن سیاه سخت) باید انتخاب شود. ذرات SAF در سیاه کوره خیلی ریز هستند، به راحتی پراکنده نمی شوند، و عملکرد پردازش خوب نیست، در حالی که مواد ISAF و HAF مناسب هستند، و سیاه شیار تقویت کمی برای لاستیک مصنوعی دارد.

2. برای آج های NR، EPC، MPC، ISAF، HAF و SAF اختیاری هستند، زیرا به دلیل تقویت قوی MPC و EPC در شیارها.

3. اگر NR / لاستیک مصنوعی با هم استفاده می شود، و NR اصلی است، از کوره شکاف سیاه با هم استفاده کنید.

4. اگر لاستیک مصنوعی/NR با هم استفاده می شود و لاستیک مصنوعی نوع اصلی است، سیاه کوره باید انتخاب شود.

 

خواص اساسی کربن سیاه

کربن سیاه اثر تقویت کنندگی بسیار خوبی بر لاستیک دارد که ارتباط نزدیکی با ساختار و خواص کربن سیاه دارد.

1. ساختار اصلی کربن سیاه

هیدروکربن ها از پیرولیز ترکیبات C و H (نفت یا گاز طبیعی) در دمای بالا تشکیل می شوند.

تفاوت بین کربن سیاه های مختلف در این است که: منظم بودن فرآیند بسته بندی میکروکریستال ها، یعنی منظم بودن آرایش میکروکریستال ها در ذرات با کربن سیاه های مختلف متفاوت است.

نظم: مشکی حرارتی> مشکی کوره گازی> مشکی کانالی> مشکی کوره

2. ترکیب شیمیایی کربن سیاه

نتایج تجزیه و تحلیل نشان می دهد که علاوه بر بیشتر عناصر C، ترکیب کربن سیاه همچنین حاوی مقدار کمی H، S، O و سایر عناصر و همچنین سایر ناخالصی ها و آب است و محتوای آن با کربن سیاه مختلف متفاوت است. انواع

3. خواص اساسی کربن سیاه

خواص سطحی و فعالیت شیمیایی سطح ذرات کربن سیاه (اولین عامل موثر بر عملکرد تقویت کننده، ضریب قدرت)، خواص سطحی: اشباع نشدن میکروکریستال های گروه حاوی اکسیژن روی سطح ذرات. فعالیت شیمیایی: به توانایی ذرات کربن سیاه برای پیوند با لاستیک اشاره دارد. آزمایش‌ها ثابت کرده‌اند که کربن سیاه با فعالیت شیمیایی بالا دارای قابلیت اتصال زیادی با لاستیک و اثر تقویت‌کننده قوی است. فعالیت شیمیایی ناشی از اشباع نشدن ساختار میکروکریستالی در ذرات آن است؛ گروه‌های حاوی اکسیژن روی سطح ذرات. آنها مستقیماً بر خواص شیمیایی کربن سیاه تأثیر می گذارند؛ در عین حال بر مقدار pH کربن سیاه و سرعت ولکانیزاسیون لاستیک تأثیر می گذارند.

اندازه ذرات کربن سیاه (دومین عامل موثر بر عملکرد تقویت کننده، ضریب وسعت)، به طور کلی، هر چه اثر تقویت بیشتر باشد، سطح ویژه کربن سیاه بیشتر از 50 متر بر گرم است. ساختار کربن سیاه (سومین عامل موثر بر عملکرد تقویت، ضریب شکل)

ساختار اولیه کربن سیاه (دانه پایه، پلی مذاب، ساختار دائمی) در طول فرآیند تولید کربن سیاه، شاخه زنجیره ای یا سنگدانه انگور مانند که از همجوشی بین ذرات تشکیل می شود، ساختار اولیه نامیده می شود. با پیوندهای شیمیایی ترکیب می شود و در طول فرآیند اختلاط لاستیک آسیبی نمی بیند و کوچکترین واحد پراکنده کربن سیاه در ترکیب لاستیک است.

ساختار ثانویه (مجموعه ثانویه) کربن سیاه به دو یا چند پیوند شل که توسط نیروی واندروالس (جذب فیزیکی) تشکیل شده است اشاره دارد. این ترکیب ضعیف است، برخی از آنها در حین دانه بندی از بین می روند و بیشتر در هنگام اختلاط لاستیک از بین می روند. ساختار به تمایل به تجمع ذرات کربن سیاه در یک فضای سه بعدی اشاره دارد که از اتصال زنجیره های بلند و ذوب شدن با یکدیگر تشکیل شده است. هر چه ذرات بیشتر به هم بچسبند، ساختار بالاتر است. روش نمایش ساختاری، ضریب شکل (استفاده اولیه، مشاهده شده توسط میکروسکوپ الکترونی)، ضریب فرم (استفاده شده در سال های اخیر)

ارزش جذب روغن - به میلی لیتر روغن جذب شده در هر گرم کربن سیاه اشاره دارد. اغلب با DBP (دی بوتیل فتالات) اندازه گیری می شود که به آن مقدار جذب روغن DBP می گویند.

به طور خلاصه، کربن سیاه با فعالیت بالا، ذرات کوچک و ساختار بالا دارای عملکرد تقویتی بالا، استحکام کششی خوب، تنش ازدیاد طول ثابت، سختی، مقاومت پارگی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خستگی تحت بار ثابت لاستیک ولکانیزه است؛ ازدیاد طول و انعطاف پذیری کوچک است. و تولید گرمای خستگی تحت تغییر شکل ثابت زیاد است.

 

مقدار کربن سیاه

عموماً 40-50 قطعه است اگر خیلی کوچک باشد اثر تقویت کنندگی خوبی ندارد و باعث کاهش هزینه ها نمی شود و اگر زیاد باشد اثر سفت شدن دارد اما اینطور نیست. محدود به رنگ مشکی حرارتی

اثر مقدار کربن سیاه بر آرماتور در موارد زیر آشکار می شود: سختی، مدول و تولید گرما و غیره، به طور یکنواخت با افزایش کربن سیاه افزایش می یابد؛ انعطاف پذیری، ازدیاد طول و غیره به طور یکنواخت کاهش می یابد؛ استحکام کششی (40-50). قطعات)، استحکام پارگی و مقاومت در برابر سایش (50-60 قسمت) و غیره با افزایش کربن سیاه حداکثر ظاهر می شوند. برای لاستیک خود تقویت کننده مقدار کمی کمتر و برای لاستیک غیر تقویت کننده مقدار کمی بیشتر است.

 

مکانیسم اثر تقویت کننده کربن سیاه بر لاستیک

ابتدا نرم کردن استرس را معرفی می کنیم: پدیده ای که در آن لاستیک کشیده می شود و کشش به تدریج کاهش می یابد.

1. جلوه حجم

کربن سیاه تحت تنش تغییر شکل نمی دهد، بنابراین در ترکیب لاستیک کربن سیاه، تغییر شکل ماکرومولکول های لاستیک بیشتر از تغییر شکل ظاهری است. این اثر بزرگنمایی حجم نامیده می شود. مولینز و توبین معتقدند که تنش نرم شدن لاستیک کربن بلک مانند ولکانیزات خالص است، تفاوت در این است که در لاستیک کربن بلک به دلیل اثر حجمی، نرم شدن تنش و افت بیشتری وجود دارد.

2. نظریه پیوند ضعیف و پیوند قوی

این نظریه در دهه 1950 مطرح شد. نرم شدن تنش نتیجه جدا شدن پیوندهای ضعیف جذب فیزیکی از سطح کربن سیاه تحت تأثیر نیروی خارجی است. در هنگام شکست فقط پیوندهای قوی باقی می مانند و تعداد قوی جذب شیمیایی جزئی برای تقویت کربن سیاه از جمله استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر سایش، در رابطه با توانایی لاستیک برای مقاومت در برابر گسیختگی نهایی، از همه مهمتر است. بنابراین، برای کسانی که نیاز به تقویت‌کننده‌ها زیاد است، باید پیوندهای قوی‌تری وجود داشته باشد، یعنی از کربن سیاه با فعالیت بالا و سطح ویژه بزرگ استفاده شود.

3. نظریه Bueche در مورد ازدیاد طول محدود ذرات کربن سیاه و زنجیره های لاستیکی

این نظریه فقط پیوندهای قوی تشکیل شده توسط ذرات کربن سیاه و زنجیره های لاستیکی را در نظر می گیرد.زمانی که زنجیره های لاستیکی تحت تنش کشیده می شوند تا به حداکثر طول خود بین ذرات نزدیک شوند، مدول بالایی به دست می آید. وقتی از این طول بیشتر شود، از سطح کربن سیاه جدا می شود یا می شکند. زمانی که از طول کوتاه‌ترین زنجیر کشیده می‌شود، ابتدا می‌شکند و سپس به ترتیب طول می‌شکند؛ وقتی برای بار دوم کشیده می‌شود، پشتیبانی این زنجیره‌ها را ندارد و تنش کاهش می‌یابد، یعنی کاهش تنش. بازیابی استرس توزیع مجدد زنجیره های لاستیکی بین ذرات کربن سیاه در حالت شل است و زنجیره های جدا شده با زنجیره های جدید جایگزین می شوند. هنگامی که کربن سیاه وجود ندارد، پس از شکستن زنجیره لاستیکی، تنش آن توسط زنجیره های مجاور تحمل می شود و به راحتی یکی پس از دیگری شکسته می شود؛ زمانی که کربن سیاه وجود دارد، زنجیره های لاستیکی زیادی بین ذرات وجود دارد و یک زنجیره. شکسته می شود و تنش با زنجیره های دیگر تقسیم می شود.کربن سیاه به عنوان یک تنش یکنواخت عمل می کند و شکستگی را کند می کند. وقتی کشیدگی زیاد باشد کربن سیاه نیز حرکت خواهد کرد و این حرکت در رفع استرس نیز نقش دارد. استرس یکنواخت و آرامش بخش دلیل تقویت است.

4. تئوری مدل پوسته

مطالعات NMR تایید کرده اند که یک لایه جذب متشکل از دو نوع ماکرومولکول لاستیکی در حال حرکت بر روی سطح کربن سیاه وجود دارد. لایه داخلی حدود 0.5 نانومتر (معادل قطر ماکرومولکول ها) نزدیک به سطح کربن سیاه در حالت شیشه ای است؛ لاستیک در محدوده حدود 0.5-5 نانومتر از سطح کربن سیاه دارای تحرک است و در آن قرار دارد. حالت زیر شیشه ای این لایه لایه بیرونی نامیده می شود. این دو لایه پوسته دوگانه روی سطح کربن سیاه را تشکیل می دهند. انرژی اتصال در لایه سطحی پوسته دوتایی باید به طور مداوم از داخل به خارج کاهش یابد، یعنی اسارت سطح کربن سیاه به تحرک ماکرومولکول ها به طور مداوم کاهش می یابد. در نهایت به حالت آزاد که در آن مولکول های لاستیک متصل نیستند.

توضیح اثر تقویت کننده لایه پوسته این است که لایه دو پوسته به عنوان یک اسکلت عمل می کند و یک شبکه کلی از ماکرومولکول ها و پرکننده های لاستیک را تشکیل می دهد که ساختار لاستیک ولکانیزه را تغییر می دهد و در نتیجه خواص فیزیکی و مکانیکی ولکانیزه را فراهم می کند. لاستیک.

5. نظریه لغزش زنجیرهای ماکرومولکولی لاستیکی

این یک نظریه نسبتا جدید و جامع تقویت کربن سیاه است. هسته اصلی این نظریه این است که ماکرومولکول های لاستیک می توانند روی سطح کربن سیاه بلغزند که پدیده تقویت را توضیح می دهد. فعالیت روی سطح ذرات کربن سیاه یکنواخت نیست، چند نقطه فعال قوی و یک سری نقاط جذب با انرژی های مختلف وجود دارد. زنجیره‌های لاستیکی جذب شده روی سطح کربن سیاه می‌توانند انرژی‌های اتصال مختلفی داشته باشند، از جذب عمدتا ضعیف واندروالس تا حداقل چند جذب شیمیایی قوی. قطعات لاستیکی جذب شده تحت تنش می لغزند و کشیده می شوند.

حالت اولیه ترکیب لاستیکی را نشان می دهد و زنجیره های مولکولی لاستیکی با طول های مختلف بر روی سطح ذرات کربن سیاه جذب می شوند. زمانی که کشیده می شود کوتاه ترین زنجیره شکسته نمی شود بلکه در امتداد سطح کربن سیاه می لغزد.طول جذب در حالت اولیه با نقطه مشخص می شود و طول لغزش قابل مشاهده است. در این زمان تنش توسط اکثر زنجیرهای کشیده شده تحمل می شود که به عنوان یک تنش یکنواخت عمل می کند و کاهش تنش کمتر اولین عامل مهم برای تقویت است. هنگامی که طول دوباره افزایش می یابد، زنجیر دوباره می لغزد، به طوری که زنجیره لاستیکی به شدت جهت می گیرد، تنش زیادی را تحمل می کند و مدول بالایی دارد که دومین عامل مهم برای تقویت است. به دلیل اصطکاک لغزش، ترکیب لاستیک دارای افت پسماند است. اتلاف باعث از بین رفتن قسمتی از کار خارجی و تبدیل آن به گرما می شود تا لاستیک آسیبی نبیند که سومین عامل تقویت کننده است. وضعیت ترکیب لاستیکی پس از انقباض نشان دهنده اثر نرم کنندگی تنش در هنگام کشش مجدد است.طول زنجیره لاستیکی بین ذرات کربن سیاه پس از جمع شدن لاستیک تقریباً یکسان است.اگر دوباره کشیده شود نیازی به آن نیست. دوباره سر بخورد و تنش مورد نیاز کاهش می یابد. در شرایط مناسب (انبساط)، پس از مدت زمان طولانی، به دلیل حرکت حرارتی زنجیره لاستیکی، تعادل دینامیکی جذب و دفع و توزیع مجدد طول زنجیره مولکولی بین ذرات، لاستیک به حالت اولیه خود باز می گردد. حالت. با این حال، اگر تغییر شکل کشیدگی اولیه زیاد باشد، بازیابی معمولاً از 50٪ تجاوز نمی کند.

مطالب بالا تمام مطالبی است که توسط سردبیر شبکه صنعت کربن بلک برای شما گردآوری شده است.آیا در مورد تقویت کربن بلک اطلاعات بیشتری دارید؟در صورت داشتن هر گونه سوال می توانید هر زمان که خواستید در قسمت نظرات مطرح کنید.