俄羅斯產(chǎn)幾種牌號(hào)炭黑的物理化學(xué)性能之比較

江畹蘭 編譯

（華南理工大學(xué)材料學(xué)院, 廣東 廣州 510641）

在生產(chǎn)橡膠工業(yè)制品時(shí)，常常需廣泛使用按俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ 7885-86生產(chǎn)的炭黑。近十多年來，由于俄羅斯國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，俄羅斯炭黑已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。按ASTMD 1765-10標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的新牌號(hào)炭黑也已經(jīng)問世。

有鑒于此，俄羅斯橡膠制品企業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)中使用了按ASTM D1765-10規(guī)定命名的炭黑，以代替原來使用的炭黑。

科研人員的試驗(yàn)結(jié)果表明，分別按ГОСТ7885-86及ASTM D 1765標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的俄羅斯炭黑的橡膠保質(zhì)期并不一樣。按ASTM D 1765-06標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的N550炭黑填充膠，其抗多次拉伸疲勞性、拉伸強(qiáng)度及生熱等性能，均優(yōu)于按ГОСТ7885-86標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的П514炭黑填充膠。

為了論證以不同標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的炭黑在橡膠配方中的互換性，需要在相近似的條件下，既對(duì)填充劑的物理化學(xué)性能進(jìn)行全面的試驗(yàn)和研究，又要對(duì)填充膠的力學(xué)性能進(jìn)行全面的測(cè)試。

該文研究的目的是，對(duì)俄羅斯企業(yè)分別按ГОСТ7885標(biāo)準(zhǔn)及ASTM D 1765標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的同類牌號(hào)的炭黑進(jìn)行對(duì)比。

表1列出了所研究的不同牌號(hào)的炭黑試樣。這些試樣乃是按ГОСТ 25699.190標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定予以篩選的。

表1 研究對(duì)象

(表未完)

(續(xù)表)

炭黑的物理化學(xué)性能以標(biāo)準(zhǔn)的方法評(píng)估，即碘吸附（I）按ASTM D 1510-11a及ГОСТ 25699.390測(cè)定；氮多點(diǎn)吸附比表面積（SNSA）按ASTM D 6556-10測(cè)定；設(shè)定比表面積Sy按ГОСТ7885-86規(guī)定測(cè)定；外比表面積SSTSA按ASTM D 6556-10測(cè)定。苯吸附比表面積（SB）。按ГОСТ25699.4-83測(cè)定；吸油值（OAN）按ASTMD 2414-11測(cè)定，鄰苯二甲酸二丁酯吸附值（АDBP）按ГОСТ-25699.5-90測(cè)定；堆積密度（ρ）按ASTMD 1513-05e2及ГОСТ 25699.14-93測(cè)定；灰分按ASTM D 156-99（2007）及ГОСТ 25699.8-90測(cè)定；pH值按ASTM D1512-05及ГОСТ 25699.6-90規(guī)定測(cè)定。

炭黑試樣的形貌特征按ASTM D 3849-07（2011）標(biāo)準(zhǔn)，在透射電鏡JEM-2100上進(jìn)行測(cè)試。炭黑試樣的元素分析用CHNS/O Vario EL Cube分析儀（德國(guó)Elmentar Analysensysteme Gmhm公司產(chǎn)）進(jìn)行。

低活性炭黑試樣的物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)列于表2及表3，中等活性炭黑試樣的指標(biāo)列于表4。

由表2中的數(shù)據(jù)可知，未造粒低活性炭黑П702與ASTM D 1765標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，與炭黑N774相近。造粒的低活性炭黑П701則與N754炭黑相近。

表2 按ASTM D 1765-10標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的低活性炭黑П701(試樣No.1及No.2)及П803(試樣No.3)試樣的性能

由表3可見，造粒的低活性炭黑T900（按ГОСТ 7885-86標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)）在性能上，與按ASTMD 1765標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的N990相當(dāng)，未造粒的低活性炭黑T900（試樣No.5）及試樣No.6的性能，與炭黑N990及N991相近。為了確定它們的性能與N990或N991相當(dāng)，還需要進(jìn)一步在橡膠中對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試。

表3 低活性炭黑T900(試樣No 4～6)試樣按ASTM D 1765-10標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的性能

由表4的數(shù)據(jù)得知，未造粒的中等活性炭黑П514（由杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)）和炭黑N539及N550（按ASTM D 1765標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)）不同，特別是在比表面積的指標(biāo)方面。

表4 按ASTM D 1765測(cè)定的中等活性炭黑П514試樣的性能

圖1 炭黑粒子大小分布曲線

對(duì)俄羅斯生產(chǎn)的炭黑所進(jìn)行的形貌分析表明（見圖1），炭黑П701具有均勻的粒度。它與炭黑N762不同的是，前者具有對(duì)稱的粒度分布曲線。炭黑П245、N220、N330、П324等試樣的粒子大小分布曲線實(shí)際上是相同的。而低活性炭黑П803試樣與其它低活性炭黑（П701及T900）不同，這是由于П803粒子大小尺寸在50～160 nm范圍內(nèi)，而П701的粒子則在30～110 nm，T900在40～300 nm范圍內(nèi)。

表5列出了炭黑試樣的元素分析結(jié)果。從表5中可以看出，試樣含碳量97.5%～99.5%，灰分含量低于0.48%、氫含量0.26%～0.33%，硫磺含量低于1%（索斯諾戈?duì)査箍藲怏w加工廠生產(chǎn)的除外），氮含量0.3%，氧含量1.1%

為了確定炭黑的均勻性，將H/C及H/O原子的比例值對(duì)比了元素的組成。同類炭黑中H/C指標(biāo)降低，意味著炭黑粒子的結(jié)構(gòu)接近于石墨結(jié)構(gòu)，炭黑與橡膠的粘合性下降。由杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)的П514試樣有別于N550，其H/C比值最小。炭黑T900、N900及N991的H/C比值彼此相近，不同廠家生產(chǎn)的炭黑N762的H/C比值也相近，但有別于П803及П701。

H/O比值這一指標(biāo)表征了炭黑在其合成過程中的氧化程度。在由杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)的П514、П803及T900炭黑試樣中，經(jīng)過CHSN/O分析儀檢測(cè)，未曾發(fā)現(xiàn)氧原子。杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)的П701炭黑及由索斯諾戈?duì)査箍颂亢诠镜魔?01及N762，其H/O比值相接近。試樣T900及N990以及造粒的N900和N991的H/O比值也相近。所有N550試樣的H/O比值都相近，但與不含氧的П514存在著顯著的差別。

表5 不同牌號(hào)炭黑試樣的元素組成

(表未完)

(續(xù)表)

以上研究表明，П514、N550、П701及П762之間差別很大。在基本性能綜合指標(biāo)方面，低活性炭黑T900與按ASTM D 1765標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的炭黑N990及N991相近。但建議作進(jìn)一步的試驗(yàn)，確認(rèn)其性能與炭黑N990和（或）與N991的相似度。根據(jù)物理化學(xué)分析結(jié)果，活性炭黑П245是N754的替代品，N754是由索斯諾戈?duì)査箍藲怏w加工廠生產(chǎn)的。

[1] Раздьяконова Г.И等. Сравнение физико-химических своиств однотипных марок отечественного технического углерода[J]. Каучук и резина, 2015(02):10-13.