轮胎中的炭黑有何作用

 在轮胎产品中炭黑是一种主要的材料，其中量占约30%，仅次于聚合物列第二位。因为炭黑可以极大地提高行脚的物理性能，所以是轮胎产品重要的补强剂，特别是以合成胶为主的体系，不通过补强，其本身的强度没有任何使用价值。橡胶的补强作用可以定义为橡胶产品使用寿命的提高，一般通过补强的弹性体其模量，硬度，耐磨性等均有提高，对于汽车轮胎而言，最有意义的是补强与胶料磨耗之间的相关性。

色素炭黑具有很强大的吸附能力，他又不涉及到化学反应。炭黑补强橡胶的根本是弹性分子在炭黑表面的附着，因为炭黑粒子存在微孔，当微孔尺寸非常小，使强性体分子无法进入时，孔内所包含的面积对补强补齐作用。当弹性体分子非常大无法进入永久结构的空隙中时补强也无法实现。炭黑凝胶的生成是不想的先天条件，这种炭黑凝胶是一无限大的炭黑-弹性体网络，在玻璃化温度以下的玻璃态，炭黑凝胶不存在，补强作用消失。

1，粒径（比表面积）

填料粒径是指其初级粒子的大小及分布。分离的单个炭黑粒子很难存在，最小的独立实体为聚集体，它们会通过物理和化学作用聚体在一起。初级粒子的大小及分布被认为是填料的首要可分散因素，对其补强作用有重要的影响。一般粒子越细，比表面积越大，补强很能越优越。炭黑的比表面积还包含表面粗超度也就是表面孔性，这也是补强性的影响因素。

2，分散结构

填料的分散结构是指其在橡胶的状态。为了实现对橡胶的补强，填料最好是完全无缺陷的分散在橡胶中。优良的宏观物理性能要求材料结构的均衡，但是粒状填料与橡胶分子的混合不可能达到热力学意义上的均相体系，这是二者的活血本性决定的。胶料中的炭黑粒子会附聚，形成填料网络，混炼不均匀的胶料会形成较强的填充网络，即使是完成分散的胶料在后续加工及存放的过程中，也会形成附聚。提高填充分散水平是是充分发挥其补强作用的关键，聚合物填料相互作用越强，胶料越耐磨。填充网络的形成会影响胶料的滞后性能，然而往往越是补强性能的炭黑却越难于分散。

3，结构（聚集体形态）

填料结构是指其聚集体的形态和尺寸，即聚集体的状态，表明炭黑不规则球状体的数量，排列和公布。结构越高，其空间容积越大，堆积密度越低，具有更高吸收液体能力。但不同比表面积的炭黑其结构不可比。填料的这一特性可用DBP吸收值来测定，而压缩吸油值（CDBP）因为经过压缩，受到剪切作用，有些高结构炭黑会发生断裂，因而更接近作用于橡胶中的结构。在橡胶中，填料的结构对其年度的定伸应力等性能有重要影响。

4，表面活性

填料表面活性是指其粒子表面的物理化学特征和化学特征，直接决定了填料与橡胶之间的相互作用。表面活性是最难描述的填料特性，从化学角度上它是填料表面化学基团的活性有关，大量研究表明炭黑表面的含氧官能团对补强不利，从物理化学角度上，表面活性代表吸附能力。强大的表面吸附能力是炭黑具有补强作用的根源。

不同的品种的色素碳黑由于上述参数不同，造成橡胶与炭黑之间相互作用程度、聚集体空隙中吸留橡胶量、炭黑聚结体附聚倾向等方面的差异，最终影响补强性。