
炭黑的性质对硫化胶的性能有决定性的影响,因为有了炭黑的补强作用才使那些非自补强橡胶的力学性能得到了很大的提高,才具有了使用价值。就总体来说,炭黑的粒径对橡胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨耗性的作用是主要的,而炭黑的结构度对橡胶模量的作用是主要的,炭黑表面活性对各种性能都有影响。
一.炭黑性质对硫化胶一般技术性能的影响
(一)炭黑粒径的影响
炭黑粒径对硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性都有决定性作用。
粒径小,撕裂强度、定伸应力、硬度均提高,而弹性和伸长率下降,压缩永久变形变化很小。这是因为粒径小,比表面积大,使橡胶与炭黑间的界面积大,两者间相互作用产生的结合胶多。
(二)炭黑结构的影响
炭黑的结构对定伸应力和硬度均有较大的影响。因为填料的存在就减少了硫化胶中弹性橡胶大分子的体积分数,结构高的炭黑更大程度地减少了橡胶大分子的体积分数。结构对耐磨耗性只有在苛刻的磨耗条件下才表现出一定的改善作用。结构对其他性能也有一定的影响。
(三)炭黑表面性质对硫化胶性能的影响
1.炭黑粒子的表面形态的影响
炭黑粒子表面的粗糙程度及炭黑的结晶状态对补强作用有一定的影响。例如,将ISAF在较低温度下(850~1000℃)加热,控制加热时间,这时炭黑粒子表面石墨化,而微晶尺寸增大,结果使炭黑的补强作用下降。
炭黑粒子的表面粗糙度对橡胶性能的影响也很大。随着粗糙度的增大,硫化胶的定伸应力、拉伸强度、耐磨性和耐屈挠龟裂性下降,而回弹性、伸长率则增大。这主要是因为炭黑表面的孔隙度增加后,橡胶大分子很难接近这些微孔,使它不能与橡胶相互作用而起到补强效果。
2.炭黑粒子表面化学基团的影响
炭黑表面的含氧基团对通用不饱和橡胶的补强作用影响不大,而对象IIR这类近于饱和的弹性体来说,含氧官能团对炭黑的补强作用非常重要,含氧基团多得槽法炭黑补强性高。

二.炭黑的性质对硫化橡胶动态性能的影响
橡胶作为轮胎、运输带和减震制品时,受到的力往往是交变的,即应力呈周期性变化,因此有必要研究橡胶的动态力学性质。橡胶制品动态条件下使用的特点是变形(或振幅)不大,一般小于10%,频率较高,基本上是处于平衡状态下的,是一种非破坏性的性质。而静态性质,如拉伸强度、撕裂强度、定伸应力等都是在大变形下,与橡胶抗破坏性有关的性质。
(一)填充炭黑和振幅对动态性能的影响
橡胶的动态模量受炭黑的影响,加入炭黑使G'(弹性模量)、G"(损耗模量)均增加。炭黑的比表面积大、活性高、结构高均使G'、G"增加,同时受测试条件(如温度、频率和振幅)的影响。
1.填充炭黑和振幅对G'的影响
填充炭黑的G'高于纯胶的,且随炭黑填充量增加而提高。填充炭黑的G'受振幅的影响,随振幅增大而减弱,到大约10%时趋于平稳。
用G'0 表示低振幅模量,G'∞表示高振幅模量,则G'0 - G'∞可以作为表示炭黑二次结构的参数。
2.填充炭黑和振幅对G'和tg8的影响
炭黑的加入使胶料的G"和tg8增大也就会使胶料生热增高,阻尼性提高。这种作用对于作为减震橡胶制品是很需要的,因为它能减少震动、降低噪音。另外,这种作用可以增加材料的韧性,提高抵抗外力破坏的能力,增加轮胎对路面的抓着力。其缺点是增加了轮胎的滚动阻力,使汽车耗油量增加,温升还促进轮胎老化。
(二)炭黑性质对动态性能的影响
炭黑的比表面积大,硫化胶的E'大,且随振幅的增大,下降程度也大。比表面积接近,结构高的E'大,但对振幅变化不敏感。

三、炭黑的性质对硫化胶导电性的影响
炭黑填充胶会使胶料电阻率下降,其炭黑胶料的电性能受炭黑结构影响最明显,其次受炭黑的比表面积、炭黑表面粗糙度、表面含氧基团浓度的影响。前两个因素高则胶料的电阻率低,另外均匀的分散使电阻率提高,若需要高电阻的制品应使用大粒子、低结构、表面挥发分大的炭黑。炭黑用量增大,降低电橡胶技术李秀权工作室阻率。