俄羅斯產(chǎn)幾種牌號炭黑的物理化學性能之比較

江畹蘭 編譯

（華南理工大學材料學院, 廣東 廣州 510641）

在生產(chǎn)橡膠工業(yè)制品時，常常需廣泛使用按俄羅斯國家標準ГОСТ 7885-86生產(chǎn)的炭黑。近十多年來，由于俄羅斯國內(nèi)生產(chǎn)工藝的改進，俄羅斯炭黑已進入國際市場。按ASTMD 1765-10標準生產(chǎn)的新牌號炭黑也已經(jīng)問世。

有鑒于此，俄羅斯橡膠制品企業(yè)為了提高產(chǎn)品質量，在生產(chǎn)中使用了按ASTM D1765-10規(guī)定命名的炭黑，以代替原來使用的炭黑。

科研人員的試驗結果表明，分別按ГОСТ7885-86及ASTM D 1765標準生產(chǎn)的俄羅斯炭黑的橡膠保質期并不一樣。按ASTM D 1765-06標準生產(chǎn)的N550炭黑填充膠，其抗多次拉伸疲勞性、拉伸強度及生熱等性能，均優(yōu)于按ГОСТ7885-86標準生產(chǎn)的П514炭黑填充膠。

為了論證以不同標準生產(chǎn)的炭黑在橡膠配方中的互換性，需要在相近似的條件下，既對填充劑的物理化學性能進行全面的試驗和研究，又要對填充膠的力學性能進行全面的測試。

該文研究的目的是，對俄羅斯企業(yè)分別按ГОСТ7885標準及ASTM D 1765標準生產(chǎn)的同類牌號的炭黑進行對比。

表1列出了所研究的不同牌號的炭黑試樣。這些試樣乃是按ГОСТ 25699.190標準規(guī)定予以篩選的。

表1 研究對象

(表未完)

(續(xù)表)

炭黑的物理化學性能以標準的方法評估，即碘吸附（I）按ASTM D 1510-11a及ГОСТ 25699.390測定；氮多點吸附比表面積（SNSA）按ASTM D 6556-10測定；設定比表面積Sy按ГОСТ7885-86規(guī)定測定；外比表面積SSTSA按ASTM D 6556-10測定。苯吸附比表面積（SB）。按ГОСТ25699.4-83測定；吸油值（OAN）按ASTMD 2414-11測定，鄰苯二甲酸二丁酯吸附值（АDBP）按ГОСТ-25699.5-90測定；堆積密度（ρ）按ASTMD 1513-05e2及ГОСТ 25699.14-93測定；灰分按ASTM D 156-99（2007）及ГОСТ 25699.8-90測定；pH值按ASTM D1512-05及ГОСТ 25699.6-90規(guī)定測定。

炭黑試樣的形貌特征按ASTM D 3849-07（2011）標準，在透射電鏡JEM-2100上進行測試。炭黑試樣的元素分析用CHNS/O Vario EL Cube分析儀（德國Elmentar Analysensysteme Gmhm公司產(chǎn)）進行。

低活性炭黑試樣的物理化學性質指標列于表2及表3，中等活性炭黑試樣的指標列于表4。

由表2中的數(shù)據(jù)可知，未造粒低活性炭黑П702與ASTM D 1765標準對照，與炭黑N774相近。造粒的低活性炭黑П701則與N754炭黑相近。

表2 按ASTM D 1765-10標準測定的低活性炭黑П701(試樣No.1及No.2)及П803(試樣No.3)試樣的性能

由表3可見，造粒的低活性炭黑T900（按ГОСТ 7885-86標準生產(chǎn)）在性能上，與按ASTMD 1765標準生產(chǎn)的N990相當，未造粒的低活性炭黑T900（試樣No.5）及試樣No.6的性能，與炭黑N990及N991相近。為了確定它們的性能與N990或N991相當，還需要進一步在橡膠中對它們進行測試。

表3 低活性炭黑T900(試樣No 4～6)試樣按ASTM D 1765-10標準測定的性能

由表4的數(shù)據(jù)得知，未造粒的中等活性炭黑П514（由杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)）和炭黑N539及N550（按ASTM D 1765標準生產(chǎn)）不同，特別是在比表面積的指標方面。

表4 按ASTM D 1765測定的中等活性炭黑П514試樣的性能

圖1 炭黑粒子大小分布曲線

對俄羅斯生產(chǎn)的炭黑所進行的形貌分析表明（見圖1），炭黑П701具有均勻的粒度。它與炭黑N762不同的是，前者具有對稱的粒度分布曲線。炭黑П245、N220、N330、П324等試樣的粒子大小分布曲線實際上是相同的。而低活性炭黑П803試樣與其它低活性炭黑（П701及T900）不同，這是由于П803粒子大小尺寸在50～160 nm范圍內(nèi)，而П701的粒子則在30～110 nm，T900在40～300 nm范圍內(nèi)。

表5列出了炭黑試樣的元素分析結果。從表5中可以看出，試樣含碳量97.5%～99.5%，灰分含量低于0.48%、氫含量0.26%～0.33%，硫磺含量低于1%（索斯諾戈爾斯克氣體加工廠生產(chǎn)的除外），氮含量0.3%，氧含量1.1%

為了確定炭黑的均勻性，將H/C及H/O原子的比例值對比了元素的組成。同類炭黑中H/C指標降低，意味著炭黑粒子的結構接近于石墨結構，炭黑與橡膠的粘合性下降。由杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)的П514試樣有別于N550，其H/C比值最小。炭黑T900、N900及N991的H/C比值彼此相近，不同廠家生產(chǎn)的炭黑N762的H/C比值也相近，但有別于П803及П701。

H/O比值這一指標表征了炭黑在其合成過程中的氧化程度。在由杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)的П514、П803及T900炭黑試樣中，經(jīng)過CHSN/O分析儀檢測，未曾發(fā)現(xiàn)氧原子。杜伊馬澤炭黑公司生產(chǎn)的П701炭黑及由索斯諾戈爾斯克炭黑公司的П701及N762，其H/O比值相接近。試樣T900及N990以及造粒的N900和N991的H/O比值也相近。所有N550試樣的H/O比值都相近，但與不含氧的П514存在著顯著的差別。

表5 不同牌號炭黑試樣的元素組成

(表未完)

(續(xù)表)

以上研究表明，П514、N550、П701及П762之間差別很大。在基本性能綜合指標方面，低活性炭黑T900與按ASTM D 1765標準生產(chǎn)的炭黑N990及N991相近。但建議作進一步的試驗，確認其性能與炭黑N990和（或）與N991的相似度。根據(jù)物理化學分析結果，活性炭黑П245是N754的替代品，N754是由索斯諾戈爾斯克氣體加工廠生產(chǎn)的。

[1] Раздьяконова Г.И等. Сравнение физико-химических своиств однотипных марок отечественного технического углерода[J]. Каучук и резина, 2015(02):10-13.