趙志正(中橡集團(tuán)西北橡膠塑料研究設(shè)計(jì)院,陜西咸陽712023) 編譯
具有不同電性能的導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料在許多工業(yè)部門和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里獲得了廣泛的應(yīng)用。
為了使彈性體復(fù)合材料具有導(dǎo)電的性能,最常見的做法是把特種牌號(hào)的炭黑加入膠料。由于這類炭黑具有高吸附表面,結(jié)構(gòu)度和粗糙度,在彈性體材料中只需相對(duì)少的用量,即可與彈性體共同構(gòu)成電荷轉(zhuǎn)移所需要的碳素-彈性體結(jié)構(gòu)。
長(zhǎng)久以來,作為能夠賦予彈性體高導(dǎo)電性能的專用牌號(hào)炭黑,人們都采用了乙炔炭黑。從上一世紀(jì)80年代起,為此目的開始使用牌號(hào)為П367Э和П267Э的炭黑。然而,目前因其價(jià)格昂貴,這幾中牌號(hào)的炭黑對(duì)橡膠工業(yè)來說實(shí)際上是用不起的。因此,開發(fā)產(chǎn)量大、價(jià)格低廉的導(dǎo)電橡膠用填充劑的生產(chǎn)工藝勢(shì)在必行。俄羅斯鄂木斯克市《Химпласт》股份有限公司1994年起用高芳構(gòu)原料熱氧化分解法制造УМ-66炭黑(ТУ38 1001-94),從2001年起生產(chǎn)УМ-76炭黑(ТУ1002-02)和УМ-85炭黑。從物理化學(xué)特性來看(表1),這幾種牌號(hào)的炭黑完全能夠滿足彈性體導(dǎo)電的要求。
由表1列出的數(shù)據(jù)可見,УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑在外比表面積和吸碘值的指標(biāo)上不僅超過了П234炭黑,而且還超過了導(dǎo)電炭黑П367Э。但是其結(jié)構(gòu)度較低(對(duì)鄰苯二甲酸二丁酯的吸附值較小),與П234和П367Э炭黑(水懸浮體反應(yīng)呈中性)不同,УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑的水懸浮體呈酸性反應(yīng)。其酸性度是隨著炭黑牌號(hào)的提升而增大。這幾種牌號(hào)炭黑在表面純凈度和雜質(zhì)含量(灰分及加熱條件下的失重)方面稍遜于П234及П367Э炭黑。
為了研究各種牌號(hào)炭黑對(duì)膠料的粘度、硫化、物理機(jī)械性能及電氣特性的影響,用實(shí)驗(yàn)室開煉機(jī)ЛБ320 160/160,按標(biāo)準(zhǔn)工藝和配方制備了以СКН-18СМ、СКН-40КТН、СКМС-30АРКМ15和CKЭПТЭНБ為基礎(chǔ)的膠料,炭黑含量的變量范圍為20質(zhì)量份~60質(zhì)量份(對(duì)100質(zhì)量份粘合性彈性體)。用液壓平板硫化機(jī)在150°C下硫化膠料。在上述生膠中填充了40質(zhì)量份炭黑的膠料的性能如表2、表3所示。用剪切型門尼粘度計(jì)在120°C下和孟山都(Monsanto)硫化儀在150°C下測(cè)定了膠料的粘度和硫化參數(shù)。
從引用的數(shù)據(jù)可以看出,與含有П367Э炭黑的膠料相比,填充等量УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑的膠料的最低門尼粘度值及最小扭矩值最高。并且,隨著炭黑標(biāo)號(hào)的升高膠料的粘度特性亦會(huì)增大,這可能與填充劑的外比表面積的增大有關(guān)。
УМ-66、УМ-76及УМ-85炭黑的酸性特性導(dǎo)致橡膠的硫化進(jìn)程緩慢、焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間延長(zhǎng),硫化速率下降。進(jìn)而,隨炭黑標(biāo)號(hào)升高,酸性增強(qiáng),因此,隨著其標(biāo)號(hào)的提高,會(huì)使硫化減慢效應(yīng)加大。
盡管УМ-66、УМ-76及УМ-85炭黑的外表面積數(shù)值很高,但是這幾種炭黑的結(jié)構(gòu)度卻很低,這可在所制得材料的強(qiáng)度特性上反映出來。用УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑補(bǔ)強(qiáng)的橡膠具有較低的定伸應(yīng)力值,而其拉伸強(qiáng)度指標(biāo)卻比較高。
文中所研究的這幾種橡膠的伸長(zhǎng)率和硬度的數(shù)值很近似。
用炭黑П367Э填充的膠料的粘度、硫化和物理機(jī)械性能與含有УМ-66炭黑的膠料的這幾種特性最接近。
導(dǎo)電橡膠最重要的特性是體積電阻率(ρv)。該文中介紹的是采用電位測(cè)定法(按МД38 105-156-86的方法)。將試樣置于熱空氣恒溫箱內(nèi)在100°C下硫化1 h,再使之常態(tài)化后進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)定結(jié)果列于表4。
從表4的數(shù)據(jù)可以看出,ρv取決于導(dǎo)電性填充劑的牌號(hào)和含量,此外還取決于粘合性彈性體。較大的外比表面積,使УМ-66、УМ-76和УМ-85炭黑在填充量小的情況下就能夠形成導(dǎo)電的碳素-彈性體結(jié)構(gòu)。這就使得采用這些牌號(hào)的炭黑填充時(shí),當(dāng)炭黑用量為20和30質(zhì)量份(對(duì)100質(zhì)量份生膠),橡膠的ρv大大優(yōu)于用等量炭黑П367Э填充的橡膠。在填充量比較大的情況下膠料導(dǎo)電特性的差異就不甚懸殊了。應(yīng)當(dāng)指出,采用УМ-85炭黑可得到ρv的最小指標(biāo)值。
綜上所述,新牌號(hào)炭黑適用于制造導(dǎo)電彈性體材料和制品。用УМ-85炭黑填充的橡膠具有最高的電氣特性。
參考文獻(xiàn):
1 ОвсяниковН.Я.等,[J].КиР,2004,No3,C.35~37.
2 ОськинB.M.等,[J].Каучукирезина.1987.No5.C.17.
3 КошелевΦ.Φ.等,Общаятехнологиярезины.M.:Химия,1978.-528c.
