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气相法白炭黑的补强作用 (一)

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      气相法白炭黑是一种重要的无机功能材料,有着广泛的应用,在硅橡胶和特种橡胶中主要用作补强剂,其补强效果甚至超过碳黑。在硅橡胶中加入气相白炭黑后,可使胶料拉伸强度提高20倍左右,撕裂强度提高40倍,且透明度高。气相白炭黑用于丁睛橡胶、羟基丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶中,制造出的油田用橡胶件的性能,与采用沉淀白炭黑或炭黑的胶料比,具有更高的硬度、拉伸强度,以及较好的耐磨性和较低的水膨胀性。

      气相白炭黑对橡胶的补强性能主要取决于白炭黑粒子的大小、结构和表面化学性质。

      通常情况下,粒子的大小以平均粒径或比表面积表示,其测定方法有电子显微镜法或BET吸附法。在TEM电镜下对气相白炭黑进行观察,白炭黑粒子呈球形颗粒,它们并不是以单个的粒子存在,很多个白炭黑粒子聚集成在一起,这些聚集体又附聚在一起形成带空隙的结构,在基料中经分散静止后形成三维网状结构,这种三维网状结构是一种动态的、暂时的结构,在外力的作用下会发生变形,空隙的形状和大小也会随之发生变化,很有“揉性”。在TEM电镜下还可以观察到白炭黑粒子的表面布满了很多微孔,这种微孔从粒子的表面延伸到里面,不过微孔很小,橡胶分子很难进入。

      对气相白炭黑进行红外测试,可以发现粒子的表面有大量的硅烷醇基团(SiOH),有两种羟基存在,一是孤立的自由羟基,以一定的间距“联”在颗粒的表面;二是连生的、形成氢键的缔合羟基,在颗粒的内部则是以Si-O-Si结合。由于表面的氢键作用,使之形成的附聚体既发达又牢固。

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