那洪東 編譯

（炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,四川 自貢 64300）

關(guān)于炭黑分散性之評(píng)價(jià)

那洪東 編譯

（炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,四川 自貢 64300）

文中介紹了三種標(biāo)準(zhǔn)中提到的有關(guān)炭黑分散性的評(píng)價(jià)方法，以及一些涉及到對(duì)炭黑及其他填料的分散性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，并加以總結(jié)。而且，說(shuō)明了對(duì)炭黑在市售橡膠中的分散性采用兩種炭黑分散儀來(lái)比較的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

炭黑；分散度；標(biāo)準(zhǔn)

0 前 言

現(xiàn)在，橡膠制品已被廣泛地用作多種工業(yè)制品的零配件，它們對(duì)工業(yè)制品的性能具有不可替代的重要作用。應(yīng)當(dāng)根據(jù)工業(yè)制品所要求的性能，結(jié)合耐熱性、耐油性、耐天候性及耐永久變形性等性能，正確選擇聚合物、交聯(lián)劑、填料以及防老劑等配合劑，按照最佳的配方設(shè)計(jì)生產(chǎn)各種橡膠制品。

此處要強(qiáng)調(diào)的是，以炭黑為代表的填料對(duì)橡膠的強(qiáng)度和耐磨耗性影響甚大，它們的分散狀態(tài)如何，對(duì)橡膠制品的性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響。有報(bào)告稱，炭黑的分散狀態(tài)對(duì)橡膠耐疲勞性能的影響不可小覷；還有報(bào)告認(rèn)為，白炭黑在溶聚丁苯橡膠（SSBR）中的分散狀態(tài)對(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力影響也很大。長(zhǎng)久以來(lái)，關(guān)于炭黑的分散機(jī)理，人們?cè)岢鲞^(guò)多種解釋。但近年來(lái)有研究人員提出關(guān)于炭黑分散的理論又引起注意。

文中采用多種標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法以及迄今為止人們所提出的其他方法，對(duì)填料的分散性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。文中還就炭黑在橡膠中的分散性，采用兩種炭黑分散儀，對(duì)比了試驗(yàn)結(jié)果。

1 不同標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的分散性評(píng)價(jià)方法

炭黑的分散程度對(duì)橡膠的加工性能、力學(xué)性能、耐久性性能等有至關(guān)重要的影響，所以，對(duì)炭黑的分散性進(jìn)行評(píng)價(jià)是非常重要的。但是有關(guān)炭黑分散性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化卻有些遲緩，而且至今仍未被列入日本標(biāo)準(zhǔn)（JIS）。究其原因，當(dāng)時(shí)用切片機(jī)制作橡膠試樣，以及使用透射型電子顯微鏡的攝影技術(shù)尚無(wú)統(tǒng)一的方法。加之，由于讀取數(shù)值的方法不同，評(píng)價(jià)結(jié)果差異很大，因而，欲制定評(píng)價(jià)方法乃十分困難。然而，近年來(lái)，操作簡(jiǎn)便、精度很高的檢測(cè)設(shè)備問(wèn)世了且被列入了ASTM標(biāo)準(zhǔn)，由此，便有了簡(jiǎn)便有效的評(píng)價(jià)方法。

1.1 ISO標(biāo)準(zhǔn)中的分散性評(píng)價(jià)方法

ISO標(biāo)準(zhǔn)中最早的炭黑分散性評(píng)價(jià)方法，出現(xiàn)在1990年由瑞典提出的新標(biāo)準(zhǔn)NWIP（New Wоrk Item Prороsal）中。評(píng)價(jià)內(nèi)容有A法（照片放大）和B法（畫(huà)面對(duì)比）兩種，對(duì)測(cè)定專用裝置和對(duì)照用分散度照片分別作出了規(guī)定。規(guī)定中指定了測(cè)定裝置的型號(hào)，如果不使用規(guī)定型號(hào)的裝置，則評(píng)價(jià)不可能成為實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)。NWIP就是ISO 11345：1977 （第一版），經(jīng)修訂后為ISO 11345：2006 （第二版）。

根據(jù)炭黑的種類以及和白炭黑的并用情況，根據(jù)A法又規(guī)定了E法。具體測(cè)定方法是，用鋒利的刀片切斷硫化膠或未硫化膠，在柔軟的橡膠層上面浮動(dòng)著硬質(zhì)填料塊。如果填料塊未被切斷，則會(huì)從刀鋒上滑走。形成填料脫落后的凹面以及填料未脫落的凸面。用相對(duì)于試樣表面30°的光照射試樣，從垂直面上觀察試樣表面，對(duì)凹凸面的陰影進(jìn)行拍攝。

圖1 分散度測(cè)定儀的工作原理

將該表面狀態(tài)與對(duì)照用分散度照片（由D法獲得）進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)其分散度。采用E法來(lái)計(jì)量較大的凝聚塊的數(shù)量。表1所示為幾種試驗(yàn)方法之比較。

A法以及B法以炭黑膠料為對(duì)象，放大倍率為30，用顯微鏡觀察或拍攝顯微鏡照片。將拍攝的照片和對(duì)照用分散度照片作對(duì)比，A法采用的是目測(cè)法，B法是與裝置內(nèi)藏的標(biāo)準(zhǔn)分散度照片一并作對(duì)比，表2中將分散度劃分成1～10十個(gè)等級(jí)，以此評(píng)價(jià)分散度的高低。

C法及D法中，以炭黑膠料或炭黑白炭黑并用膠料為對(duì)象，放大倍率100，拍攝顯微鏡照片。將拍攝的照片和對(duì)照用分散度照片進(jìn)行對(duì)比，C法系目測(cè)比較，D法是和裝置內(nèi)藏的標(biāo)準(zhǔn)分散度照片一并作比較。表2中將分散度劃分成1～10十個(gè)等級(jí)，對(duì)分散的高低程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。但由于炭黑膠料和炭黑白炭黑并用膠料不同，其對(duì)照用分散度照片也各異。

E法中以炭黑膠料為對(duì)象，放大倍率100，拍攝顯微鏡照片并對(duì)圖象進(jìn)行處理，計(jì)量凝聚塊的數(shù)量，然后計(jì)算出分散度。

表1 ISO 11345—2006中試驗(yàn)方法之比較

表2 ISO 11345：2006 A～D法分散度評(píng)價(jià)

如此，便可以采用幾種方法來(lái)評(píng)價(jià)炭黑的分散度，但需要注意的是，正如ISO 11345 Anneх F中所提示的那樣，由于對(duì)圖像的分析方法不同，因而對(duì)分散度高低的評(píng)價(jià)也各不相同。這一點(diǎn)同樣適用于使用市售測(cè)量裝置軟件程序的E法（計(jì)量凝聚塊），即使是同一試樣，裝置不同，評(píng)價(jià)也各異。

1.2 ASTM中的分散性評(píng)價(jià)方法

在ASTM D2663中規(guī)定了炭黑分散性的評(píng)價(jià)方法。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)很早以前就頒布了。在最新版ASTM D2663-14中試驗(yàn)方法的內(nèi)容和試驗(yàn)裝置均有所變更，如果測(cè)定裝置不同，那么試驗(yàn)不可能得出同樣的結(jié)果。圖3列示了從A～D的試驗(yàn)方法的詳細(xì)內(nèi)容。

表3 ASTM D2663-14中的試驗(yàn)方法之比較

A法及B法規(guī)定，采用普通的顯微鏡和市售的炭黑分散儀，即可進(jìn)行與ISO同樣的評(píng)價(jià)；而C法和D法則規(guī)定必須采用專用的裝置進(jìn)行測(cè)定。在日本不怎么采用C法和D法。

1.3 JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）中的分散性評(píng)價(jià)方法

在有關(guān)橡膠的JIS中對(duì)炭黑的分散性沒(méi)有作出規(guī)定，而在塑料的JIS中卻有所規(guī)定，即JIS K6812：2003“聚烯烴軟管，聯(lián)軸節(jié)以及混煉膠中著色劑和炭黑分散性評(píng)價(jià)方法”。但這一標(biāo)準(zhǔn)正如其名稱所表明的那樣，它的適用對(duì)象是著色用的炭黑和顏料，而適用范圍是炭黑含量不足3%的物料，并不適用通常炭黑膠料的評(píng)價(jià)。試樣的制作過(guò)程為，從制品試樣上切取厚度為20μm的切片，并對(duì)其進(jìn)行加熱加壓，或者用切片機(jī)制作，拍攝顯微鏡照片。將照片放大100倍進(jìn)行觀察，計(jì)量5μm以上的凝聚塊的數(shù)量，按照表2中的等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)也可將照片放大70倍后觀察之，與附錄B中A～E所列示的分散性照片進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)評(píng)價(jià)炭黑的分散狀態(tài)。

1.4 其他分散性評(píng)價(jià)方法

除以上方法外，人們還提出了各種各樣不采用分散儀的評(píng)價(jià)方法。在硫化時(shí)進(jìn)行電流測(cè)定可以簡(jiǎn)易地評(píng)價(jià)炭黑在混煉膠中的分散均勻性。或?qū)?dòng)態(tài)黏彈性和脈沖式NMR（核磁共振）作為三元乙丙橡膠（EPDM）炭黑混煉膠的指標(biāo)。除此之外，人們還提出了多種關(guān)于炭黑分散性的評(píng)價(jià)方法。

決定橡膠制品性能的因素，不僅僅是填料，還有硫化劑、防老劑等配合劑的分散性也是重要的因素。

2 關(guān)于炭黑在橡膠制品中的分散性評(píng)價(jià)

炭黑在橡膠中的分散性，因制品的種類不同而差異很大。為此，試對(duì)幾種橡膠制品中炭黑的分散性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在此項(xiàng)試驗(yàn)中，選擇了防滑輪胎、水管用橡膠密封件和門(mén)窗密封條作為試驗(yàn)對(duì)象，使用兩家公司生產(chǎn)的測(cè)定裝置來(lái)評(píng)價(jià)炭黑的分散性。但需要說(shuō)明的是，該項(xiàng)試驗(yàn)并非比較橡膠材質(zhì)和測(cè)定裝置的優(yōu)劣。

測(cè)定以ISO 11345 E法以及ASTM D2663 B法為標(biāo)準(zhǔn)，用刀片將試樣切割成平面狀，測(cè)定其平新的表面。測(cè)定需遵守測(cè)定裝置的操作程序。采用A公司的裝置時(shí)，試樣放大100倍；采用B公司的裝置時(shí)，試樣放大30倍進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定防滑輪胎試樣時(shí)要放大30倍，確認(rèn)照片上有與炭黑凝聚塊無(wú)法比較的較大的防滑材料和氣泡存在，這可認(rèn)定分散狀態(tài)良好。但是在放大100倍時(shí)，在沒(méi)有氣泡的部位上測(cè)定，也可以觀察到有許多凝聚塊存在，可認(rèn)定分散度較低。水管用橡膠密封件是細(xì)分散性制品，多呈數(shù)個(gè)μm的分散程度，可認(rèn)定為分散性非常高。門(mén)窗用密封條是填充量較大的高硬度橡膠制品。放大30倍時(shí)無(wú)法觀察到微細(xì)的填料，但放大100倍后，卻可以看到許多的微細(xì)填料。然而，大多數(shù)粒子尺寸在數(shù)個(gè)μm以下，所以可認(rèn)為分散度良好。采用兩家公司的裝置，測(cè)定三種試樣的結(jié)果見(jiàn)圖2及圖3所示。

圖2 采用A公司裝置的分散性評(píng)價(jià)結(jié)果(放大100倍)

圖3 采用B公司裝置的分散性評(píng)價(jià)結(jié)果(放大30倍)

因此，在評(píng)價(jià)填料分散性時(shí)，由于橡膠制品不同，其所要求的分散程度也各不相同。故評(píng)價(jià)分散性時(shí)，選擇合適的測(cè)定條件就顯得十分重要。

3 結(jié) 語(yǔ)

為了最大限度地發(fā)揮橡膠制品的性能，如何使填料分散微細(xì)化是很重要的環(huán)節(jié)。有人認(rèn)為炭黑形成填料網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)后，橡膠的性能最佳，然而，如果炭黑更加微細(xì)地分散下去，性能反而會(huì)下降。這一現(xiàn)象與乘用車輪胎，炭黑配合量和混煉工藝控制過(guò)程中，原來(lái)僅憑經(jīng)驗(yàn)獲得的結(jié)果是相吻合的。

今后，填料的分散度和填料網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，以及它們與交聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，乃是評(píng)價(jià)橡膠性能的重要內(nèi)容。

[1] 隠塚裕之．カーボンブラック（フィラー）の分散性評(píng)価[J]. ゴム協(xié)會(huì)誌，2015（9）：48－52.

[責(zé)任編輯：鄒瑾芬]

貴州輪胎股份有限公司將在越南投資建設(shè)年產(chǎn)120萬(wàn)條全鋼子午線輪胎項(xiàng)目

2017年4月25日，貴州輪胎股份有限公司董事會(huì)通過(guò)《關(guān)于在越南投資建設(shè)年產(chǎn)120萬(wàn)條全鋼子午線輪胎項(xiàng)目的議案》決議。結(jié)合國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想及推進(jìn)計(jì)劃，為從根本上解決公司遠(yuǎn)離原材料供應(yīng)市場(chǎng)和產(chǎn)品出口市場(chǎng)這種“兩頭在外”的經(jīng)營(yíng)模式弊端，推動(dòng)公司實(shí)現(xiàn)海外生產(chǎn)、海外銷售的戰(zhàn)略調(diào)整，降低物流成本，縮短供貨周期，改善并提高公司經(jīng)營(yíng)效益；同時(shí)從源頭上有效規(guī)避國(guó)際市場(chǎng)上的“雙反”影響，提升公司國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，公司擬在越南前江省龍江工業(yè)園投資建設(shè)年產(chǎn)120萬(wàn)條全鋼子午線輪胎項(xiàng)目。該項(xiàng)目將采用公司自主開(kāi)發(fā)形成的全鋼子午胎設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，以公司在北美、歐洲、中東等海外市場(chǎng)的銷售份額為基礎(chǔ)，規(guī)劃相關(guān)生產(chǎn)工藝設(shè)備和公用工程設(shè)施，著力打造智能化、信息化工程示范項(xiàng)目，全面提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品技術(shù)含量，大幅度降低能源消耗并減少排放。項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積約301畝，總建筑面積約13.73萬(wàn)平方米，新建煉膠車間、子午胎生產(chǎn)車間、檢測(cè)中心、22KV總開(kāi)閉站、公用工程車間、鍋爐房、污水處理站、機(jī)修車間、模具庫(kù)、成品倉(cāng)庫(kù)、綜合樓、食堂等。設(shè)備及安裝工程包括項(xiàng)目所需主要工藝設(shè)備、工裝、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備、公用工程設(shè)備及配套的管線等。項(xiàng)目工程建設(shè)期（即從工程施工招標(biāo)階段至試生產(chǎn)階段）預(yù)計(jì)為12個(gè)月。項(xiàng)目總投資167 122.53萬(wàn)元人民幣，其中建設(shè)投資149 945.67萬(wàn)元、建設(shè)期利息2 494.72萬(wàn)元、流動(dòng)資金14 682.14萬(wàn)元，所需資金擬通過(guò)公司自籌、資本市場(chǎng)直接融資、銀行貸款等途徑解決。建成投產(chǎn)后，年均可實(shí)現(xiàn)全鋼子午線輪胎產(chǎn)能120萬(wàn)條，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年份年均銷售收入102 801.05 萬(wàn)元，年均利潤(rùn)總額14 521.01萬(wàn)元。該項(xiàng)目符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)原則，符合國(guó)家國(guó)際產(chǎn)能戰(zhàn)略合作及“一帶一路”方向，各項(xiàng)指標(biāo)符合越南當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)法律要求，已委托中國(guó)出口信用保險(xiǎn)公司進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。國(guó)內(nèi)立項(xiàng)審批需經(jīng)貴陽(yáng)市政府同意并報(bào)貴州省商務(wù)廳備案，越南方面需經(jīng)項(xiàng)目所在工業(yè)園區(qū)、省級(jí)政府及越南政府逐級(jí)審批。

本議案需提交公司股東大會(huì)審議。

（轉(zhuǎn)載自東方財(cái)富網(wǎng)）

TQ 330.38+1

B

1671-8232(2017)05-0036-05

2016-07-12