橡胶制品是由天然橡胶、合成橡胶根据配方配比,混合多种填料后经过一系列生产工艺制成。填料可以赋予橡胶各种性能,比如磁性、阻燃性、导电性和色彩等,可以使产品拥有更高的性能应用于各行各业。炭黑是橡胶制品的主要原材料之一,对炭黑进行检测一是测试质量是否达标,二是测试炭黑在配方胶料中的应用性能,二者关联密切,前者会直接影响后者的结果。以下是炭黑的各项检测内容:炭黑的杂质,一般是通过一定规格的试验筛(网孔尺寸一般为850μm)进行测定。炭黑中的颗粒状杂质有硬炭、铁屑、炉料碎屑以及包装运输过程中混入的异物等。硬炭是在炭黑生成反应过程中由原料油液滴未经气化直接炭化形成的焦粒状物质。
2、吸碘值、CTAB吸附比表面积、氮吸附比表面积、STSA比表面积是指单位质量内炭黑粒子表面积的总和。炭黑的比表面积分为外比表面积、内比表面积和总比表面积。比表面积大小是划分炭黑品种的主要指标,比表面积大的炭黑,特别是外比表面积大的炭黑,实际应用中会赋予橡胶制品优异的补强性能和着色力。反之,比表面积小的炭黑黑度较低,但具有良好的分散性、流动性和色相。四种方法同时使用可以消除不同检测手段的方法误差。吸碘值法:单位通常以每千克炭黑吸附碘的质量表示,一般来说,碘的吸附量越高,表明炭黑的比表面积越大,越具有较高的孔结构和表面特性。CTAB吸附比表面积测定:CTAB比表面积反映了炭黑与橡胶分子接触的有效表面积。STSA(统计层厚度法):在标准状态下,通过吸附层厚度与每克试样吸附的氮的体积之间存在的函数关系,做图得到一条直线,然后通过计算得出炭黑外表面积。氮吸附比表面积:在一定压力下,被测样品颗粒表面在超低温下对气体分子具有可逆物理吸附作用,并对应一定压力存在确定的平衡吸附量,通过测定出该平衡吸附量,利用理论模型来等效求出被测样品的比表面积。
这两项指标反映的是炭黑结构指标,其中压缩试样吸油值与胶料性能的相关性更强。炭黑中碳原子不是以单独原子形态存在,而是很多原子团聚在一起形成的链枝状的聚集体,称之为一次结构或原生结构;靠着一次结构之间的分子间力作用,聚集体彼此吸引形成更大的复聚体团块,称之为二次结构。二次结构不稳固,加工过程中会被破坏,所以炭黑在胶料中的存在形态是一次结构。吸油值测出的是炭黑在自然状态下,即一次结构和二次结构并存情况下的结构指标,而压缩试样吸油值是经高压将炭黑的二次结构全部破坏成一次结构后得到的炭黑指标,因此后者更能体现炭黑在胶料中的应用状态。
着色强度是度量炭黑染黑白色原料的能力,是一项单独的指标,在涂料、油墨、塑料、胶粘剂、橡胶、塑料材料和包装材料等行业应用时,具有重要意义。
测定炭黑的水分,不超出标准规定的水分含量对橡胶制品及硫化工艺无影响,但水分过高时会使硫化胶出现气泡,从而影响产品质量。
倾注密度是粒状炭黑的主要指标之一,未经造粒的粉状炭黑的表观密度(亦称细粉含量)很小,易飞扬,给炭黑的包装运输、仓储以及混炼加工和分散都造成困难。所以除少量色素炭黑要求粉状外,几乎所有工业生产的商品炭黑都要经过湿法或干法进行造粒或压缩。造粒加工的增密作用也有效地减少了单位质量炭黑的体积。
定伸应力反应的是硫化胶网状结构在外力作用下抵抗形变的能力。反应硫化胶试样拉伸过程所需的应力-应变的变化情况。最大应力除以试样拉伸前的横截面积,所得的值叫定伸应力。300%定伸常用作衡量硫化胶补强性能。
定伸应力受炭黑结构的影响较大,结构升高,定伸应力随之上升,另外,定伸应力与炭黑比表面积及表面活性也有一定的关系。300%定伸应力越高,扯断伸长率越小使得胶料的韧性越好。
炭黑的灰分可定义为在高温炉中燃烧后残留物的量。炭黑中的灰分主要来源于原料油和工艺用水(急冷、湿法造粒)中的无机物和溶解的无机盐类。在一些特殊的应用场景中,如电缆料中的导电炭黑,则要求杂质和灰分含量都很低,否则会产生放电事故造成损害。
这三项筛余物指标对于热裂解法炭黑来说非常重要,尤其是45μm筛余物含量,会直接影响产品外观的光亮程度、后续处理等方面。45μm筛余物含量越低,产品就越光亮,外表越美观。
粒状炭黑中含有的少量未成粒或破碎的炭黑粉末称细粉含量,细粉含量越少越好。
炭黑pH值对橡胶的物理性能有一定的影响,pH值的大小可促进或延缓橡胶的硫化速度。pH值高,将加快胶料的硫化速度;pH值低,将会延缓橡胶的硫化速度。一般来说,槽法炭黑pH值呈弱酸性,能延缓胶料的硫化;炉法炭黑pH值呈碱性,将促进胶料的硫化。