關(guān)于炭黑分散性之評價

那洪東 編譯

（炭黑工業(yè)研究設(shè)計院,四川 自貢 64300）

關(guān)于炭黑分散性之評價

那洪東 編譯

（炭黑工業(yè)研究設(shè)計院,四川 自貢 64300）

文中介紹了三種標準中提到的有關(guān)炭黑分散性的評價方法，以及一些涉及到對炭黑及其他填料的分散性進行評價的方法，并加以總結(jié)。而且，說明了對炭黑在市售橡膠中的分散性采用兩種炭黑分散儀來比較的實驗結(jié)果。

炭黑；分散度；標準

0 前 言

現(xiàn)在，橡膠制品已被廣泛地用作多種工業(yè)制品的零配件，它們對工業(yè)制品的性能具有不可替代的重要作用。應(yīng)當根據(jù)工業(yè)制品所要求的性能，結(jié)合耐熱性、耐油性、耐天候性及耐永久變形性等性能，正確選擇聚合物、交聯(lián)劑、填料以及防老劑等配合劑，按照最佳的配方設(shè)計生產(chǎn)各種橡膠制品。

此處要強調(diào)的是，以炭黑為代表的填料對橡膠的強度和耐磨耗性影響甚大，它們的分散狀態(tài)如何，對橡膠制品的性能會產(chǎn)生很大的影響。有報告稱，炭黑的分散狀態(tài)對橡膠耐疲勞性能的影響不可小覷；還有報告認為，白炭黑在溶聚丁苯橡膠（SSBR）中的分散狀態(tài)對輪胎的滾動阻力影響也很大。長久以來，關(guān)于炭黑的分散機理，人們曾提出過多種解釋。但近年來有研究人員提出關(guān)于炭黑分散的理論又引起注意。

文中采用多種標準中規(guī)定的方法以及迄今為止人們所提出的其他方法，對填料的分散性進行了評價。文中還就炭黑在橡膠中的分散性，采用兩種炭黑分散儀，對比了試驗結(jié)果。

1 不同標準中規(guī)定的分散性評價方法

炭黑的分散程度對橡膠的加工性能、力學(xué)性能、耐久性性能等有至關(guān)重要的影響，所以，對炭黑的分散性進行評價是非常重要的。但是有關(guān)炭黑分散性評價的標準化卻有些遲緩，而且至今仍未被列入日本標準（JIS）。究其原因，當時用切片機制作橡膠試樣，以及使用透射型電子顯微鏡的攝影技術(shù)尚無統(tǒng)一的方法。加之，由于讀取數(shù)值的方法不同，評價結(jié)果差異很大，因而，欲制定評價方法乃十分困難。然而，近年來，操作簡便、精度很高的檢測設(shè)備問世了且被列入了ASTM標準，由此，便有了簡便有效的評價方法。

1.1 ISO標準中的分散性評價方法

ISO標準中最早的炭黑分散性評價方法，出現(xiàn)在1990年由瑞典提出的新標準NWIP（New Wоrk Item Prороsal）中。評價內(nèi)容有A法（照片放大）和B法（畫面對比）兩種，對測定專用裝置和對照用分散度照片分別作出了規(guī)定。規(guī)定中指定了測定裝置的型號，如果不使用規(guī)定型號的裝置，則評價不可能成為實際的標準。NWIP就是ISO 11345：1977 （第一版），經(jīng)修訂后為ISO 11345：2006 （第二版）。

根據(jù)炭黑的種類以及和白炭黑的并用情況，根據(jù)A法又規(guī)定了E法。具體測定方法是，用鋒利的刀片切斷硫化膠或未硫化膠，在柔軟的橡膠層上面浮動著硬質(zhì)填料塊。如果填料塊未被切斷，則會從刀鋒上滑走。形成填料脫落后的凹面以及填料未脫落的凸面。用相對于試樣表面30°的光照射試樣，從垂直面上觀察試樣表面，對凹凸面的陰影進行拍攝。

圖1 分散度測定儀的工作原理

將該表面狀態(tài)與對照用分散度照片（由D法獲得）進行對比，評價其分散度。采用E法來計量較大的凝聚塊的數(shù)量。表1所示為幾種試驗方法之比較。

A法以及B法以炭黑膠料為對象，放大倍率為30，用顯微鏡觀察或拍攝顯微鏡照片。將拍攝的照片和對照用分散度照片作對比，A法采用的是目測法，B法是與裝置內(nèi)藏的標準分散度照片一并作對比，表2中將分散度劃分成1～10十個等級，以此評價分散度的高低。

C法及D法中，以炭黑膠料或炭黑白炭黑并用膠料為對象，放大倍率100，拍攝顯微鏡照片。將拍攝的照片和對照用分散度照片進行對比，C法系目測比較，D法是和裝置內(nèi)藏的標準分散度照片一并作比較。表2中將分散度劃分成1～10十個等級，對分散的高低程度進行評價。但由于炭黑膠料和炭黑白炭黑并用膠料不同，其對照用分散度照片也各異。

E法中以炭黑膠料為對象，放大倍率100，拍攝顯微鏡照片并對圖象進行處理，計量凝聚塊的數(shù)量，然后計算出分散度。

表1 ISO 11345—2006中試驗方法之比較

表2 ISO 11345：2006 A～D法分散度評價

如此，便可以采用幾種方法來評價炭黑的分散度，但需要注意的是，正如ISO 11345 Anneх F中所提示的那樣，由于對圖像的分析方法不同，因而對分散度高低的評價也各不相同。這一點同樣適用于使用市售測量裝置軟件程序的E法（計量凝聚塊），即使是同一試樣，裝置不同，評價也各異。

1.2 ASTM中的分散性評價方法

在ASTM D2663中規(guī)定了炭黑分散性的評價方法。該項標準很早以前就頒布了。在最新版ASTM D2663-14中試驗方法的內(nèi)容和試驗裝置均有所變更，如果測定裝置不同，那么試驗不可能得出同樣的結(jié)果。圖3列示了從A～D的試驗方法的詳細內(nèi)容。

表3 ASTM D2663-14中的試驗方法之比較

A法及B法規(guī)定，采用普通的顯微鏡和市售的炭黑分散儀，即可進行與ISO同樣的評價；而C法和D法則規(guī)定必須采用專用的裝置進行測定。在日本不怎么采用C法和D法。

1.3 JIS（日本工業(yè)標準）中的分散性評價方法

在有關(guān)橡膠的JIS中對炭黑的分散性沒有作出規(guī)定，而在塑料的JIS中卻有所規(guī)定，即JIS K6812：2003“聚烯烴軟管，聯(lián)軸節(jié)以及混煉膠中著色劑和炭黑分散性評價方法”。但這一標準正如其名稱所表明的那樣，它的適用對象是著色用的炭黑和顏料，而適用范圍是炭黑含量不足3%的物料，并不適用通常炭黑膠料的評價。試樣的制作過程為，從制品試樣上切取厚度為20μm的切片，并對其進行加熱加壓，或者用切片機制作，拍攝顯微鏡照片。將照片放大100倍進行觀察，計量5μm以上的凝聚塊的數(shù)量，按照表2中的等級進行評價也可將照片放大70倍后觀察之，與附錄B中A～E所列示的分散性照片進行對比，以此來評價炭黑的分散狀態(tài)。

1.4 其他分散性評價方法

除以上方法外，人們還提出了各種各樣不采用分散儀的評價方法。在硫化時進行電流測定可以簡易地評價炭黑在混煉膠中的分散均勻性。或?qū)討B(tài)黏彈性和脈沖式NMR（核磁共振）作為三元乙丙橡膠（EPDM）炭黑混煉膠的指標。除此之外，人們還提出了多種關(guān)于炭黑分散性的評價方法。

決定橡膠制品性能的因素，不僅僅是填料，還有硫化劑、防老劑等配合劑的分散性也是重要的因素。

2 關(guān)于炭黑在橡膠制品中的分散性評價

炭黑在橡膠中的分散性，因制品的種類不同而差異很大。為此，試對幾種橡膠制品中炭黑的分散性進行了評價。在此項試驗中，選擇了防滑輪胎、水管用橡膠密封件和門窗密封條作為試驗對象，使用兩家公司生產(chǎn)的測定裝置來評價炭黑的分散性。但需要說明的是，該項試驗并非比較橡膠材質(zhì)和測定裝置的優(yōu)劣。

測定以ISO 11345 E法以及ASTM D2663 B法為標準，用刀片將試樣切割成平面狀，測定其平新的表面。測定需遵守測定裝置的操作程序。采用A公司的裝置時，試樣放大100倍；采用B公司的裝置時，試樣放大30倍進行測定。測定防滑輪胎試樣時要放大30倍，確認照片上有與炭黑凝聚塊無法比較的較大的防滑材料和氣泡存在，這可認定分散狀態(tài)良好。但是在放大100倍時，在沒有氣泡的部位上測定，也可以觀察到有許多凝聚塊存在，可認定分散度較低。水管用橡膠密封件是細分散性制品，多呈數(shù)個μm的分散程度，可認定為分散性非常高。門窗用密封條是填充量較大的高硬度橡膠制品。放大30倍時無法觀察到微細的填料，但放大100倍后，卻可以看到許多的微細填料。然而，大多數(shù)粒子尺寸在數(shù)個μm以下，所以可認為分散度良好。采用兩家公司的裝置，測定三種試樣的結(jié)果見圖2及圖3所示。

圖2 采用A公司裝置的分散性評價結(jié)果(放大100倍)

圖3 采用B公司裝置的分散性評價結(jié)果(放大30倍)

因此，在評價填料分散性時，由于橡膠制品不同，其所要求的分散程度也各不相同。故評價分散性時，選擇合適的測定條件就顯得十分重要。

3 結(jié) 語

為了最大限度地發(fā)揮橡膠制品的性能，如何使填料分散微細化是很重要的環(huán)節(jié)。有人認為炭黑形成填料網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)后，橡膠的性能最佳，然而，如果炭黑更加微細地分散下去，性能反而會下降。這一現(xiàn)象與乘用車輪胎，炭黑配合量和混煉工藝控制過程中，原來僅憑經(jīng)驗獲得的結(jié)果是相吻合的。

今后，填料的分散度和填料網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，以及它們與交聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，乃是評價橡膠性能的重要內(nèi)容。

[1] 隠塚裕之．カーボンブラック（フィラー）の分散性評価[J]. ゴム協(xié)會誌，2015（9）：48－52.

[責任編輯：鄒瑾芬]

貴州輪胎股份有限公司將在越南投資建設(shè)年產(chǎn)120萬條全鋼子午線輪胎項目

2017年4月25日，貴州輪胎股份有限公司董事會通過《關(guān)于在越南投資建設(shè)年產(chǎn)120萬條全鋼子午線輪胎項目的議案》決議。結(jié)合國家“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想及推進計劃，為從根本上解決公司遠離原材料供應(yīng)市場和產(chǎn)品出口市場這種“兩頭在外”的經(jīng)營模式弊端，推動公司實現(xiàn)海外生產(chǎn)、海外銷售的戰(zhàn)略調(diào)整，降低物流成本，縮短供貨周期，改善并提高公司經(jīng)營效益；同時從源頭上有效規(guī)避國際市場上的“雙反”影響，提升公司國際競爭能力，公司擬在越南前江省龍江工業(yè)園投資建設(shè)年產(chǎn)120萬條全鋼子午線輪胎項目。該項目將采用公司自主開發(fā)形成的全鋼子午胎設(shè)計、制造技術(shù)，以公司在北美、歐洲、中東等海外市場的銷售份額為基礎(chǔ)，規(guī)劃相關(guān)生產(chǎn)工藝設(shè)備和公用工程設(shè)施，著力打造智能化、信息化工程示范項目，全面提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品技術(shù)含量，大幅度降低能源消耗并減少排放。項目規(guī)劃總用地面積約301畝，總建筑面積約13.73萬平方米，新建煉膠車間、子午胎生產(chǎn)車間、檢測中心、22KV總開閉站、公用工程車間、鍋爐房、污水處理站、機修車間、模具庫、成品倉庫、綜合樓、食堂等。設(shè)備及安裝工程包括項目所需主要工藝設(shè)備、工裝、實驗設(shè)備、機械運輸設(shè)備、公用工程設(shè)備及配套的管線等。項目工程建設(shè)期（即從工程施工招標階段至試生產(chǎn)階段）預(yù)計為12個月。項目總投資167 122.53萬元人民幣，其中建設(shè)投資149 945.67萬元、建設(shè)期利息2 494.72萬元、流動資金14 682.14萬元，所需資金擬通過公司自籌、資本市場直接融資、銀行貸款等途徑解決。建成投產(chǎn)后，年均可實現(xiàn)全鋼子午線輪胎產(chǎn)能120萬條，預(yù)計達產(chǎn)年份年均銷售收入102 801.05 萬元，年均利潤總額14 521.01萬元。該項目符合國家產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)原則，符合國家國際產(chǎn)能戰(zhàn)略合作及“一帶一路”方向，各項指標符合越南當?shù)叵嚓P(guān)法律要求，已委托中國出口信用保險公司進行風險評估。國內(nèi)立項審批需經(jīng)貴陽市政府同意并報貴州省商務(wù)廳備案，越南方面需經(jīng)項目所在工業(yè)園區(qū)、省級政府及越南政府逐級審批。

本議案需提交公司股東大會審議。

（轉(zhuǎn)載自東方財富網(wǎng)）

TQ 330.38+1

B

1671-8232(2017)05-0036-05

2016-07-12