关于炭黑分散性之评价

那洪东 编译

（炭黑工业研究设计院,四川 自贡 64300）

关于炭黑分散性之评价

那洪东 编译

（炭黑工业研究设计院,四川 自贡 64300）

文中介绍了三种标准中提到的有关炭黑分散性的评价方法，以及一些涉及到对炭黑及其他填料的分散性进行评价的方法，并加以总结。而且，说明了对炭黑在市售橡胶中的分散性采用两种炭黑分散仪来比较的实验结果。

炭黑；分散度；标准

0 前 言

现在，橡胶制品已被广泛地用作多种工业制品的零配件，它们对工业制品的性能具有不可替代的重要作用。应当根据工业制品所要求的性能，结合耐热性、耐油性、耐天候性及耐永久变形性等性能，正确选择聚合物、交联剂、填料以及防老剂等配合剂，按照最佳的配方设计生产各种橡胶制品。

此处要强调的是，以炭黑为代表的填料对橡胶的强度和耐磨耗性影响甚大，它们的分散状态如何，对橡胶制品的性能会产生很大的影响。有报告称，炭黑的分散状态对橡胶耐疲劳性能的影响不可小觑；还有报告认为，白炭黑在溶聚丁苯橡胶（SSBR）中的分散状态对轮胎的滚动阻力影响也很大。长久以来，关于炭黑的分散机理，人们曾提出过多种解释。但近年来有研究人员提出关于炭黑分散的理论又引起注意。

文中采用多种标准中规定的方法以及迄今为止人们所提出的其他方法，对填料的分散性进行了评价。文中还就炭黑在橡胶中的分散性，采用两种炭黑分散仪，对比了试验结果。

1 不同标准中规定的分散性评价方法

炭黑的分散程度对橡胶的加工性能、力学性能、耐久性性能等有至关重要的影响，所以，对炭黑的分散性进行评价是非常重要的。但是有关炭黑分散性评价的标准化却有些迟缓，而且至今仍未被列入日本标准（JIS）。究其原因，当时用切片机制作橡胶试样，以及使用透射型电子显微镜的摄影技术尚无统一的方法。加之，由于读取数值的方法不同，评价结果差异很大，因而，欲制定评价方法乃十分困难。然而，近年来，操作简便、精度很高的检测设备问世了且被列入了ASTM标准，由此，便有了简便有效的评价方法。

1.1 ISO标准中的分散性评价方法

ISO标准中最早的炭黑分散性评价方法，出现在1990年由瑞典提出的新标准NWIP（New Wоrk Item Prороsal）中。评价内容有A法（照片放大）和B法（画面对比）两种，对测定专用装置和对照用分散度照片分别作出了规定。规定中指定了测定装置的型号，如果不使用规定型号的装置，则评价不可能成为实际的标准。NWIP就是ISO 11345：1977 （第一版），经修订后为ISO 11345：2006 （第二版）。

根据炭黑的种类以及和白炭黑的并用情况，根据A法又规定了E法。具体测定方法是，用锋利的刀片切断硫化胶或未硫化胶，在柔软的橡胶层上面浮动着硬质填料块。如果填料块未被切断，则会从刀锋上滑走。形成填料脱落后的凹面以及填料未脱落的凸面。用相对于试样表面30°的光照射试样，从垂直面上观察试样表面，对凹凸面的阴影进行拍摄。

图1 分散度测定仪的工作原理

将该表面状态与对照用分散度照片（由D法获得）进行对比，评价其分散度。采用E法来计量较大的凝聚块的数量。表1所示为几种试验方法之比较。

A法以及B法以炭黑胶料为对象，放大倍率为30，用显微镜观察或拍摄显微镜照片。将拍摄的照片和对照用分散度照片作对比，A法采用的是目测法，B法是与装置内藏的标准分散度照片一并作对比，表2中将分散度划分成1～10十个等级，以此评价分散度的高低。

C法及D法中，以炭黑胶料或炭黑白炭黑并用胶料为对象，放大倍率100，拍摄显微镜照片。将拍摄的照片和对照用分散度照片进行对比，C法系目测比较，D法是和装置内藏的标准分散度照片一并作比较。表2中将分散度划分成1～10十个等级，对分散的高低程度进行评价。但由于炭黑胶料和炭黑白炭黑并用胶料不同，其对照用分散度照片也各异。

E法中以炭黑胶料为对象，放大倍率100，拍摄显微镜照片并对图象进行处理，计量凝聚块的数量，然后计算出分散度。

表1 ISO 11345—2006中试验方法之比较

表2 ISO 11345：2006 A～D法分散度评价

如此，便可以采用几种方法来评价炭黑的分散度，但需要注意的是，正如ISO 11345 Anneх F中所提示的那样，由于对图像的分析方法不同，因而对分散度高低的评价也各不相同。这一点同样适用于使用市售测量装置软件程序的E法（计量凝聚块），即使是同一试样，装置不同，评价也各异。

1.2 ASTM中的分散性评价方法

在ASTM D2663中规定了炭黑分散性的评价方法。该项标准很早以前就颁布了。在最新版ASTM D2663-14中试验方法的内容和试验装置均有所变更，如果测定装置不同，那么试验不可能得出同样的结果。图3列示了从A～D的试验方法的详细内容。

表3 ASTM D2663-14中的试验方法之比较

A法及B法规定，采用普通的显微镜和市售的炭黑分散仪，即可进行与ISO同样的评价；而C法和D法则规定必须采用专用的装置进行测定。在日本不怎么采用C法和D法。

1.3 JIS（日本工业标准）中的分散性评价方法

在有关橡胶的JIS中对炭黑的分散性没有作出规定，而在塑料的JIS中却有所规定，即JIS K6812：2003“聚烯烃软管，联轴节以及混炼胶中着色剂和炭黑分散性评价方法”。但这一标准正如其名称所表明的那样，它的适用对象是着色用的炭黑和颜料，而适用范围是炭黑含量不足3%的物料，并不适用通常炭黑胶料的评价。试样的制作过程为，从制品试样上切取厚度为20μm的切片，并对其进行加热加压，或者用切片机制作，拍摄显微镜照片。将照片放大100倍进行观察，计量5μm以上的凝聚块的数量，按照表2中的等级进行评价也可将照片放大70倍后观察之，与附录B中A～E所列示的分散性照片进行对比，以此来评价炭黑的分散状态。

1.4 其他分散性评价方法

除以上方法外，人们还提出了各种各样不采用分散仪的评价方法。在硫化时进行电流测定可以简易地评价炭黑在混炼胶中的分散均匀性。或将动态黏弹性和脉冲式NMR（核磁共振）作为三元乙丙橡胶（EPDM）炭黑混炼胶的指标。除此之外，人们还提出了多种关于炭黑分散性的评价方法。

决定橡胶制品性能的因素，不仅仅是填料，还有硫化剂、防老剂等配合剂的分散性也是重要的因素。

2 关于炭黑在橡胶制品中的分散性评价

炭黑在橡胶中的分散性，因制品的种类不同而差异很大。为此，试对几种橡胶制品中炭黑的分散性进行了评价。在此项试验中，选择了防滑轮胎、水管用橡胶密封件和门窗密封条作为试验对象，使用两家公司生产的测定装置来评价炭黑的分散性。但需要说明的是，该项试验并非比较橡胶材质和测定装置的优劣。

测定以ISO 11345 E法以及ASTM D2663 B法为标准，用刀片将试样切割成平面状，测定其平新的表面。测定需遵守测定装置的操作程序。采用A公司的装置时，试样放大100倍；采用B公司的装置时，试样放大30倍进行测定。测定防滑轮胎试样时要放大30倍，确认照片上有与炭黑凝聚块无法比较的较大的防滑材料和气泡存在，这可认定分散状态良好。但是在放大100倍时，在没有气泡的部位上测定，也可以观察到有许多凝聚块存在，可认定分散度较低。水管用橡胶密封件是细分散性制品，多呈数个μm的分散程度，可认定为分散性非常高。门窗用密封条是填充量较大的高硬度橡胶制品。放大30倍时无法观察到微细的填料，但放大100倍后，却可以看到许多的微细填料。然而，大多数粒子尺寸在数个μm以下，所以可认为分散度良好。采用两家公司的装置，测定三种试样的结果见图2及图3所示。

图2 采用A公司装置的分散性评价结果(放大100倍)

图3 采用B公司装置的分散性评价结果(放大30倍)

因此，在评价填料分散性时，由于橡胶制品不同，其所要求的分散程度也各不相同。故评价分散性时，选择合适的测定条件就显得十分重要。

3 结 语

为了最大限度地发挥橡胶制品的性能，如何使填料分散微细化是很重要的环节。有人认为炭黑形成填料网络状态后，橡胶的性能最佳，然而，如果炭黑更加微细地分散下去，性能反而会下降。这一现象与乘用车轮胎，炭黑配合量和混炼工艺控制过程中，原来仅凭经验获得的结果是相吻合的。

今后，填料的分散度和填料网络之间的关系，以及它们与交联结构之间的关系，乃是评价橡胶性能的重要内容。

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

[责任编辑：邹瑾芬]

贵州轮胎股份有限公司将在越南投资建设年产120万条全钢子午线轮胎项目

2017年4月25日，贵州轮胎股份有限公司董事会通过《关于在越南投资建设年产120万条全钢子午线轮胎项目的议案》决议。结合国家“一带一路”战略构想及推进计划，为从根本上解决公司远离原材料供应市场和产品出口市场这种“两头在外”的经营模式弊端，推动公司实现海外生产、海外销售的战略调整，降低物流成本，缩短供货周期，改善并提高公司经营效益；同时从源头上有效规避国际市场上的“双反”影响，提升公司国际竞争能力，公司拟在越南前江省龙江工业园投资建设年产120万条全钢子午线轮胎项目。该项目将采用公司自主开发形成的全钢子午胎设计、制造技术，以公司在北美、欧洲、中东等海外市场的销售份额为基础，规划相关生产工艺设备和公用工程设施，着力打造智能化、信息化工程示范项目，全面提高劳动生产率和产品技术含量，大幅度降低能源消耗并减少排放。项目规划总用地面积约301亩，总建筑面积约13.73万平方米，新建炼胶车间、子午胎生产车间、检测中心、22KV总开闭站、公用工程车间、锅炉房、污水处理站、机修车间、模具库、成品仓库、综合楼、食堂等。设备及安装工程包括项目所需主要工艺设备、工装、实验设备、机械运输设备、公用工程设备及配套的管线等。项目工程建设期（即从工程施工招标阶段至试生产阶段）预计为12个月。项目总投资167 122.53万元人民币，其中建设投资149 945.67万元、建设期利息2 494.72万元、流动资金14 682.14万元，所需资金拟通过公司自筹、资本市场直接融资、银行贷款等途径解决。建成投产后，年均可实现全钢子午线轮胎产能120万条，预计达产年份年均销售收入102 801.05 万元，年均利润总额14 521.01万元。该项目符合国家产业指导原则，符合国家国际产能战略合作及“一带一路”方向，各项指标符合越南当地相关法律要求，已委托中国出口信用保险公司进行风险评估。国内立项审批需经贵阳市政府同意并报贵州省商务厅备案，越南方面需经项目所在工业园区、省级政府及越南政府逐级审批。

本议案需提交公司股东大会审议。

（转载自东方财富网）

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1671-8232(2017)05-0036-05

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