浅析橡胶产品中白炭黑的作用及发展
2023-05-03
摘要:本文主要探讨了沉淀法白炭黑在橡胶产品中的应用,并指出白炭黑今后的发展方向。因白炭黑作为补强填料,具有高比表面积、高活性、特殊的表面特性和形态结构及独特的物理化学特性,在白色和浅色填料中补强性能优异,广泛应用于橡胶鞋底、轮胎、胶管、胶带、胶辊、橡胶密封管等产品。
关键词:沉淀白炭黑 橡胶 补强填料
沉淀法白炭黑具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能,是一种重要的补强填充剂。白炭黑的最重要应用是用作橡胶的补强剂,其用量约占总产量的80％-90％,可广泛应用于橡胶行业的诸多领域中。
1、沉淀法白炭黑在橡胶产品中的应用
1.1 轮胎
白炭黑最初仅用于白胎侧轿车轮胎装饰胶条中,后来其用途逐渐扩大。目前白炭黑已在各种轮胎部件中使用,包括载重轮胎、轿车轮胎、农业轮胎等。按帘布材料分为全钢、半钢和纤维帘布轮胎,使用部位包括胎面、带束层、胎侧和钢丝黏合胶等。在传统的斜交轮胎中,白炭黑可提高胎面的抗撕裂性能及橡胶与帘线的黏合性能。随着轮胎子午化、环保节能和舒适性的要求越来越高,白炭黑在轮胎中的应用也越来越重要。目前人们对轮胎的基本要求是:
(1)具有较高的湿路面 的抓着力(抗湿滑性)或较好的牵引性,以确保车辆行驶及人员的安全。(2)滚动阻力小,以节省燃油并减少废气的排放。(3)耐磨性好、使用寿命长。为了获得上述性能,白炭黑尤其是高分散性白炭黑在胎面胶中的应用必不可少,特别是绿色轮胎的问世更引发了国际上各大型沉淀法白炭黑生产商对高分散沉淀法白炭黑的开发热。
1.2 硅橡胶
硅橡胶具有很高的耐热性和优异的耐寒性、耐臭氧性、耐大气老化性和优良的电绝缘性,另外硅橡胶的吸水性小,能长期在潮湿地方贮存,可广泛用于航空航天、军事、电气、医学等部门。但硅橡胶分子成螺旋形结构,有高度柔软性,单分子间作用力弱,很难结晶,生胶硫化后的拉伸强度不超过0.34MPa,这极大地限制了它的应用。添加补强填料是调整硅橡胶物理机械性能的主要手段,只有加入补强材料硅橡胶才有实用价值。为降低硅橡胶制品的生产成本,市场开始用超细沉淀法白炭黑部分替代气相法白炭黑,应用研究取得了很大突破,因而硅橡胶专用超细沉淀法白炭黑的需求量迅速增加。针对这一状况,近年来世界主要超细沉淀法白炭黑生产商纷纷投资研制和组建硅橡胶用超细沉淀法白炭黑生产线。
1.3 胶辊、胶带、胶管等制品与塑料
在印刷胶辊、碾米胶辊、纺织胶辊、造纸胶辊中白炭黑广泛用于制备浅色制品和高性能制品。钢编胶管、高强度输送带、彩色胶管、胶带、彩色密封制品、彩色高性能电缆护套等产品均离不开白炭黑。白炭黑经超细化后,可用作塑料薄膜的吹膜隔离剂、EVA塑料发泡材料的添加剂。白炭黑与常用的碳酸钙等惰性填料相比,可明显提高材料的耐磨性、撕裂强度和硬度,降低压缩永久变形和热收缩率,且经配方优化设计后,可提高性能和降低成本。
1.4 生活用品
白炭黑良好的补强性能及纯白、透明等独特优势,使其在家用电器、文体用品等生活领域的橡胶制品中也得到了广泛应用。尤其是近年研制的纳米级白炭黑在紫外光波段范围内的反射率达90％左右,这对延长彩色橡胶制品的保色期以及提高色泽的稳定性非常有利,其氮吸附比表面积可达269～320m2／g,添加到胶料中,可使胶料具有良好的强伸性能、抗臭氧老化性能和染料的保色性能。
2、白炭黑的应用和发展趋势
2.1 白炭黑的应用
白炭黑自1948年开始生产并作为填料应用于橡胶工业,到20世纪80年代全世界沉淀法白炭黑约有67％用于橡胶工业,其中45％用于鞋类,16％用于轮胎,6％用于其他橡胶制品。从1991年法国米其林公司宣布大力开展“绿色轮胎”的研究开始,欧洲、美国和日本等地的各大轮胎公司相继加快了研制步伐。“绿色轮胎”已成为21世纪轮胎工业发展的主流,白炭黑可以高比例配用或全部替代炭黑做补强剂生产“绿色轮胎”。
2.2 白炭黑的发展趋势
(1)橡胶用白炭黑造粒化:白炭黑作为补强填料应用广泛,但粉状白炭黑通常比表面积大、密度小,在使用过程中飞扬严重、运送不方便、计量不准确,影响了橡胶制品的质量和操作人员的健康,而造粒(大颗粒或微珠颗粒)白炭黑,对产品质量控制和操作环境的改善效果显著。随着白炭黑用量的增加,橡胶用白炭黑造粒化已成为橡胶工业环保的主题,国外造粒白炭黑已工业化并应用,中国则有待进一步发展。
(2)白炭黑精细化:精细化是指根据不同用途的要求,通过控制白炭黑生产过程中物料的比例、流量、反应压力、温度、时间,经过滤、洗涤和干燥等后处理工序以实现对成品的表面积、粒度、表面特性等的精确控制,满足不同用户的应用要求。
(3)高分散白炭黑:高分散白炭黑是一种具有较高分散性和补强性、且无粉尘的白炭黑产品,是今后提高白炭黑的应用性能,增大在材料中用量,特别是“绿色轮胎”生产所必需的产品。当前对“绿色轮胎”的需求越来越多,来自轮胎工业的需求已经成为白炭黑需求的主要增长点,因此研发和生产分散性更好的白炭黑产品,是中国白炭黑生产企业的一项重要任务。
(4)白炭黑表面处理:由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基使其呈亲水性,在有机相中难以湿润和分散,而且,由于其表面存在羟基,表面能较大,聚集体总倾向于凝聚,因而产品的应用性能受到影响。
3、结语
随着人们环保意识的增强,高档橡胶制品将受到更 多关注,作为高档补强填充剂的白炭黑尤其是高分散性白炭黑的应用必将随之有长足的发展。在欧洲,白炭黑在轮胎中的应用已接近饱和,而中国的这一领域尚未充分开发。因此中国的白炭黑生产企业应该抓紧开发和生产高分散性白炭黑新品种;努力提高白炭黑产品的质量及稳定性;加强白炭黑应用技术的开发,特别是在轮胎胎面胶中的应用;努力实施扩大沉淀法白炭黑生产能力的规划。
（文章来源于橡胶技术李秀权工作室）
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