新型高結構炭黑填料在天然橡膠中的應用

孟祥發

山東中橡高分子材料有限公司 山東濟南 250100

炭黑主要由碳元素組成，并含有少量的氮、氫和氧。它屬于碳的無定形結構，在橡膠、塑料和油墨等行業有突出的應用。煙灰用于橡膠，主要作為填充和增強汽車輪胎和其他橡膠和塑料制品的手段。其大部分專家和科研人員認為，其強化機制是研究的重點。炭黑結構表示炭黑聚集體的大小和聚集體中空隙的體積。炭黑的結構越大，其內腔體積越大；高結構炭黑具有大量支化的初級粒子形成炭黑聚集體，具有極高的補強性能，可提高橡膠制品的耐磨性、彈性和滾動阻力等。

1 實驗

1.1 實驗材料

高結構球形炭黑（簡稱NCB）：國產；炭黑N330、天然橡膠、硬脂酸、氧化鋅、DM促進劑、硫磺：工業級、中昊黑源化工研究設計院有限公司

1.2 實驗步驟

（1）將重量比為0g/25g、7.5g/17.5g、12.5g/12.5g、25g/0g的NCB/N330復合材料放入每個燒杯中作為補強劑輪胎，然后放入每個燒杯中依據國家標準GB/T3780.18—2007天然橡膠中煙灰的鑒別方法，采用標準配方，按照標準實驗程序，機械混煉，靜置12小時，然后按規定硫化橡膠。國家標準GB6038，檢驗橡膠硫化后的不同性能。

（2）通過冷凍切片機(EMFC7)切割一小塊硫化橡膠樣品，切割在平面上，將平面放置在原子力顯微鏡上，以表征不同橡膠分散比的NCB/N330復合物。

（3）拉伸試驗時，截取輪胎剩余部分的斷裂界面，噴金，在掃描電鏡下觀察斷裂面形貌。

1.3 測試與表征

（1）利用TSCAN公司的vega 3 SEM掃描鏡頭，將少量標本涂在金導體樹脂上，在許多因素下觀察到高度合成的黑碳的形狀和結構。

（2）原子顯微鏡使用日本制造的spap400型顯微鏡。在原子顯微鏡中放置一個切片平臺，以便在amf模型中進行分析。

（3）x射線衍生物樣品利用XRD分析ncb樣品。壓縮樣品放在空玻璃上，然后放在樣品室。利用媒介Cuk,阿爾法射線掃描范圍為10°-80°1入射波長為0.514nm,掃描間隔為0.02°。

（4）技術-sor27紅外光譜是德國布魯克公司的一種技術-sor27紅外光譜儀。試樣應在試驗前24小時放入烤箱，以確保在整個試樣過程中使用試樣，并與KBR在恒溫條件下合作，確保樣品干燥。在使用儀器之前，進行背景調查，以確保實驗數據的精確度，紅外光譜測定的范圍在500-4000平方厘米1之間。

2 表征結果與討論

2.1 NCB的表征

顆粒大小相等，顆粒大小約為150納米，部分聚集在一起。一個可能的原因可能是，在試驗過程中，灰灰會大量聚集，微粒會累積和分布不均。使用掃描顯微鏡使用掃描顯微鏡分析NCB模式，并以少量的粒子均勻分布NCB粒子。這可能是由于超聲波過程中超聲波時間較短以及粒子積累。在5微米范圍內，黑二氧化碳濃度集體分布于球狀和橢圓形的云紙上，其大小在80-200納米之間。球形、散落、體積均勻、球形邊緣、結構堅固。

2.2 NCBs的XRD表征

2θ14°時為底物掃描的峰，26°和44°時為碳（002）和（100）的特征峰，峰越短越寬，強度為分析表明它是氧化石墨的特征峰衍射，因此可以判斷高結構的煙灰具有無定形碳結構。

2.3 NCBs的FT-IR表征

紅外光譜可以表征材料中所含的官能團，根據吸收光的波數和波長在光譜中的位置，會出現吸熱峰。NCB含有明顯的鍵，如CH2-、-(CH2)n-、C-H、O-H、C-O等。峰值振動拉伸峰OH在 3431.30cm-1和CO在1623.73cm-1拉伸伸長率，1538.39cm-1是NO2反對稱拉伸振動峰，羥基-OH(3750-3000cm-1)，1048，90cm-1是CO拉伸振動的峰值，與N330相比，它位于1200-1700cm-1，NCB-a和N330的煙塵峰值明顯不同[1]。

3 結果分析

3.1 色散分析

輪胎中不同NCB/N330比的AFM在5μm×5μm的尺寸范圍內。NCB和N330在混煉硫化后的橡膠中的分布，通過原子力顯微鏡可以清晰的看到。可以看出，隨著輪胎中NCBs的比例逐漸增加，輪胎中煙塵的分布變得不那么頻繁，并且結塊的尺寸為500-1000nm，當NCB含量為30%(5(b))，NCB/N330在輪胎中的分散性能最好，粒徑小，比表面積大的N330比其他大尺寸的煙灰更容易團聚。NCB的平均粒徑約為150nm，并且幾個顆粒聚集在一起。會形成500nm的塊，但當NCB與N330炭黑相互作用以及炭黑與橡膠相互作用達到平衡時，當NCB與N330配比達到最佳時，炭黑的網絡結構基本形成，所以分散性好[2]。

3.2 力學性能分析

NCB/N330復合填料不同配比的力學性能。隨著NCBs的加入，硫化橡膠的斷裂伸長率逐漸增加，直到NCB含量達到30%左右，斷裂伸長率達到峰值，然后加入NCB后，斷裂伸長率隨著填料的增加而降低是NCB，斷裂伸長率降至最低；隨著NCB的加入，拉伸強度逐漸降低。顯然，增加新型高質量煙灰，不旦會大大增加對硫化的吸引力；其原因可能是nncb沒有經過顆粒處理，而是體積更大，在宏觀層面上看起來很大。這是由于橡膠在熔煉過程中混合，由于具體原因，需要進一步研究。從300%的云力曲線和硬度來看，300%的硫化膠水隨著ncb的加入而急劇下降到30%。加入NCB后，觀察員部隊的撤離壓力逐漸下降，接近330N，在達到50%時相當于330 N330N。還有12.42mba，50%，由于存儲的NCB分子的體積約為150納米，所以線粒體的體積約為30納米，從而增加了硫化膠的彈性。因此，我們可以得出結論，如果滿足不同的外部條件，表面結構較大的填充物略有變化，硬度也相應相應改變；通過NCB和N330之間的協同作用，硫輪胎的性能更好[3]。

4 結語

高結構煙塵顆粒為球狀，直徑直徑約150納米。當二氧化碳濃度為50%的填料時，橡膠中的黑碳的散布得更好，效果更好，當NCB含量為30%時，復合材料的玻璃化轉變溫度最低，為-44.06℃，儲能模量最低，剛度最低[4]，耐低溫性能最好。此時，其0℃時的tanδ值為0.1136，接近0時的NCB比值，60℃時的tanδ值為0.1096，為0時比值的89.40%，滾動阻力增加了10.60%[5]。