淺析橡膠產(chǎn)品中白炭黑的作用及發(fā)展
2023-05-03
摘要:本文主要探討了沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的應用,并指出白炭黑今后的發(fā)展方向。因白炭黑作為補強填料,具有高比表面積、高活性、特殊的表面特性和形態(tài)結構及獨特的物理化學(xué)特性,在白色和淺色填料中補強性能優(yōu)異,廣泛應用于橡膠鞋底、輪胎、膠管、膠帶、膠輥、橡膠密封管等產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:沉淀白炭黑 橡膠 補強填料
沉淀法白炭黑具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、化學(xué)穩定性好、耐高溫、不燃燒和電絕緣性好等優(yōu)異性能,是一種重要的補強填充劑。白炭黑的最重要應用是用作橡膠的補強劑,其用量約占總產(chǎn)量的80％-90％,可廣泛應用于橡膠行業(yè)的諸多領(lǐng)域中。
1、沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的應用
1.1 輪胎
白炭黑最初僅用于白胎側轎車(chē)輪胎裝飾膠條中,后來(lái)其用途逐漸擴大。目前白炭黑已在各種輪胎部件中使用,包括載重輪胎、轎車(chē)輪胎、農業(yè)輪胎等。按簾布材料分為全鋼、半鋼和纖維簾布輪胎,使用部位包括胎面、帶束層、胎側和鋼絲黏合膠等。在傳統的斜交輪胎中,白炭黑可提高胎面的抗撕裂性能及橡膠與簾線(xiàn)的黏合性能。隨著(zhù)輪胎子午化、環(huán)保節能和舒適性的要求越來(lái)越高,白炭黑在輪胎中的應用也越來(lái)越重要。目前人們對輪胎的基本要求是:
(1)具有較高的濕路面 的抓著(zhù)力(抗濕滑性)或較好的牽引性,以確保車(chē)輛行駛及人員的安全。(2)滾動(dòng)阻力小,以節省燃油并減少廢氣的排放。(3)耐磨性好、使用壽命長(cháng)。為了獲得上述性能,白炭黑尤其是高分散性白炭黑在胎面膠中的應用必不可少,特別是綠色輪胎的問(wèn)世更引發(fā)了國際上各大型沉淀法白炭黑生產(chǎn)商對高分散沉淀法白炭黑的開(kāi)發(fā)熱。
1.2 硅橡膠
硅橡膠具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性、耐臭氧性、耐大氣老化性和優(yōu)良的電絕緣性,另外硅橡膠的吸水性小,能長(cháng)期在潮濕地方貯存,可廣泛用于航空航天、軍事、電氣、醫學(xué)等部門(mén)。但硅橡膠分子成螺旋形結構,有高度柔軟性,單分子間作用力弱,很難結晶,生膠硫化后的拉伸強度不超過(guò)0.34MPa,這極大地限制了它的應用。添加補強填料是調整硅橡膠物理機械性能的主要手段,只有加入補強材料硅橡膠才有實(shí)用價(jià)值。為降低硅橡膠制品的生產(chǎn)成本,市場(chǎng)開(kāi)始用超細沉淀法白炭黑部分替代氣相法白炭黑,應用研究取得了很大突破,因而硅橡膠專(zhuān)用超細沉淀法白炭黑的需求量迅速增加。針對這一狀況,近年來(lái)世界主要超細沉淀法白炭黑生產(chǎn)商紛紛投資研制和組建硅橡膠用超細沉淀法白炭黑生產(chǎn)線(xiàn)。
1.3 膠輥、膠帶、膠管等制品與塑料
在印刷膠輥、碾米膠輥、紡織膠輥、造紙膠輥中白炭黑廣泛用于制備淺色制品和高性能制品。鋼編膠管、高強度輸送帶、彩色膠管、膠帶、彩色密封制品、彩色高性能電纜護套等產(chǎn)品均離不開(kāi)白炭黑。白炭黑經(jīng)超細化后,可用作塑料薄膜的吹膜隔離劑、EVA塑料發(fā)泡材料的添加劑。白炭黑與常用的碳酸鈣等惰性填料相比,可明顯提高材料的耐磨性、撕裂強度和硬度,降低壓縮永久變形和熱收縮率,且經(jīng)配方優(yōu)化設計后,可提高性能和降低成本。
1.4 生活用品
白炭黑良好的補強性能及純白、透明等獨特優(yōu)勢,使其在家用電器、文體用品等生活領(lǐng)域的橡膠制品中也得到了廣泛應用。尤其是近年研制的納米級白炭黑在紫外光波段范圍內的反射率達90％左右,這對延長(cháng)彩色橡膠制品的保色期以及提高色澤的穩定性非常有利,其氮吸附比表面積可達269～320m2／g,添加到膠料中,可使膠料具有良好的強伸性能、抗臭氧老化性能和染料的保色性能。
2、白炭黑的應用和發(fā)展趨勢
2.1 白炭黑的應用
白炭黑自1948年開(kāi)始生產(chǎn)并作為填料應用于橡膠工業(yè),到20世紀80年代全世界沉淀法白炭黑約有67％用于橡膠工業(yè),其中45％用于鞋類(lèi),16％用于輪胎,6％用于其他橡膠制品。從1991年法國米其林公司宣布大力開(kāi)展“綠色輪胎”的研究開(kāi)始,歐洲、美國和日本等地的各大輪胎公司相繼加快了研制步伐。“綠色輪胎”已成為21世紀輪胎工業(yè)發(fā)展的主流,白炭黑可以高比例配用或全部替代炭黑做補強劑生產(chǎn)“綠色輪胎”。
2.2 白炭黑的發(fā)展趨勢
(1)橡膠用白炭黑造?；?白炭黑作為補強填料應用廣泛,但粉狀白炭黑通常比表面積大、密度小,在使用過(guò)程中飛揚嚴重、運送不方便、計量不準確,影響了橡膠制品的質(zhì)量和操作人員的健康,而造粒(大顆?；蛭⒅轭w粒)白炭黑,對產(chǎn)品質(zhì)量控制和操作環(huán)境的改善效果顯著(zhù)。隨著(zhù)白炭黑用量的增加,橡膠用白炭黑造?；殉蔀橄鹉z工業(yè)環(huán)保的主題,國外造粒白炭黑已工業(yè)化并應用,中國則有待進(jìn)一步發(fā)展。
(2)白炭黑精細化:精細化是指根據不同用途的要求,通過(guò)控制白炭黑生產(chǎn)過(guò)程中物料的比例、流量、反應壓力、溫度、時(shí)間,經(jīng)過(guò)濾、洗滌和干燥等后處理工序以實(shí)現對成品的表面積、粒度、表面特性等的精確控制,滿(mǎn)足不同用戶(hù)的應用要求。
(3)高分散白炭黑:高分散白炭黑是一種具有較高分散性和補強性、且無(wú)粉塵的白炭黑產(chǎn)品,是今后提高白炭黑的應用性能,增大在材料中用量,特別是“綠色輪胎”生產(chǎn)所必需的產(chǎn)品。當前對“綠色輪胎”的需求越來(lái)越多,來(lái)自輪胎工業(yè)的需求已經(jīng)成為白炭黑需求的主要增長(cháng)點(diǎn),因此研發(fā)和生產(chǎn)分散性更好的白炭黑產(chǎn)品,是中國白炭黑生產(chǎn)企業(yè)的一項重要任務(wù)。
(4)白炭黑表面處理:由于白炭黑內部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基使其呈親水性,在有機相中難以濕潤和分散,而且,由于其表面存在羥基,表面能較大,聚集體總傾向于凝聚,因而產(chǎn)品的應用性能受到影響。
3、結語(yǔ)
隨著(zhù)人們環(huán)保意識的增強,高檔橡膠制品將受到更 多關(guān)注,作為高檔補強填充劑的白炭黑尤其是高分散性白炭黑的應用必將隨之有長(cháng)足的發(fā)展。在歐洲,白炭黑在輪胎中的應用已接近飽和,而中國的這一領(lǐng)域尚未充分開(kāi)發(fā)。因此中國的白炭黑生產(chǎn)企業(yè)應該抓緊開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高分散性白炭黑新品種;努力提高白炭黑產(chǎn)品的質(zhì)量及穩定性;加強白炭黑應用技術(shù)的開(kāi)發(fā),特別是在輪胎胎面膠中的應用;努力實(shí)施擴大沉淀法白炭黑生產(chǎn)能力的規劃。
（文章來(lái)源于橡膠技術(shù)李秀權工作室）
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