气相法白炭黑补强作用研究

气相法白炭黑补强作用研究
气相法白炭黑的重要应用领域－－复合绝缘子
（广州吉必盛宣传部）
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。

气相白炭黑在基料中形成的这种三维网状结构起到了骨架作用，从而对硅橡胶和特种橡胶具有很好的补强作用，补强作用的大小与这种网状结构的形状和牢固程度有直接的关系。

白炭黑粒径越小，比表面积越大，形成的附聚体的刚性越强，粒子与胶料的接触面大，结合点多，对橡胶的补强性能越好，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性也高，但弹性下降，因此混炼黏度增大，加工性能恶化。

另外，有研究表明，粒子表面微孔太多，造成表面粗糙度大时，对胶料的补强性会有一定的影响，特别是耐磨性降低。

白炭黑表面的羟基数量对白炭黑的使用性能也有较大的影响。

羟基数量太少，形成的附聚体刚性降低，对橡胶的补强作用下降。

反之，羟基数量太高，导致胶料的黏度升高，甚至出现结构化现象，不利于加工。

一般情况下，白炭黑表面羟基的数量都是富裕的。

对气相白炭黑的表面改性就是通过一定工艺，选择合适的表面处理剂与二氧化硅表面的羟基反应，以减少并调整表面硅羟基的数量，达到最佳的使用效果。

未改性的气相白炭黑表面呈酸性，在胶料中对硫化体系有较强的吸附作用，延迟硫化，往往需要在胶料中加入活性剂，调整硫化速度。

另外，气相白炭黑中杂质的含量也会影响其使用效果，如铁的含量高时，会加速硫化胶的老化。

气相白炭黑对橡胶具有优异的补强作用，但由于价格昂贵，在橡胶行业中仅用于硅橡胶和特种橡胶，在一定程度上也限制了其使用。

随着国内气相二氧化硅工业的崛起，生产能力的不断扩大，产品价格的日益合理，完全可能拓宽其应用领域。

广州吉必时科技实业有限公司开发了利用有机硅副产物制备气相白炭黑生产工艺，大大降低了生产成本，产品已部分替代进口，取得了良好的经济效益和社会效益，必将对我国有机硅工业和相关行业的发展起到巨大的推动作用。