炭黑的结构和比表面积对填充橡胶复合材料的机械和介电性能gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

基于天然橡胶复合材料已经准备使用各种量的两种填料:传统Corax N220炭黑和导电炭黑Printex XE-2B具有很高的比表面积。研究了复合材料的动态机械热分析、介质热分析和SEM。它已经建立,所有的硫化胶玻璃状态的调查gydF4y2BaCgydF4y2BaC间隔。存储模量随填料含量增大而增大gydF4y2BaC +gydF4y2BaC间隔时,硫化胶的高度弹性状态。DETA表明,填料含量的增加导致介质介电常数的增加(gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba也随温度升高而增加。更高的频率减少的原因gydF4y2Ba值随着填充内容变得更加明显。显然,当内容Printex XE-2B硫化胶的炭黑高于7.5 phr,达到渗流阈值和gydF4y2Ba值增加10gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba-10年gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba。的gydF4y2Ba硫化胶的值由20 - 50 phr Corax N220炭黑对硫化胶可衡量的和那些由5和10 phr Printex XE-2B炭黑。获得的结果的差异可以解释两种类型的结构和比表面积的碳black-Printex XE-2B和Corax N220。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

天然橡胶(NR)的橡胶树割面干涸病产生的化学结构是cis - 1.4 -聚异戊二烯,具有优秀的通用橡胶的物理性能。目前,传统的炭黑(N330 N220, N550,等等)是其杰出的增强填料(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。NR-carbon-black-filled硫化胶具有较高的机械强度,显著的韧性,优良的弹性、耐磨性、低热量组合好,和良好的动态性能gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),但他们没有电和磁性所需更多的特殊应用。gydF4y2Ba

随着电子工业的发展,一些特殊的高和/或低介电常数介质材料吸引了值得关注的学术和工业圈。绝缘材料的介电性能可以通过分散调整不同的填料在聚合物矩阵,例如,得到的复合材料的介电常数是由低或高介电常数的无机或有机填料添加gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。此外,聚合物/填料复合材料的介电性能可以通过改变填料的浓度变化。gydF4y2Ba

赢创工业集团是著名的世界领袖生产有机和矿物填料。Printex XE-2B炭黑是他们最新的有趣的发展已经被放置在明显。根据公司的文献来源,Printex XE-2B炉炭黑,获得的技术,是一个公司的秘密。产品的特点是一个非常高的比表面积(600 mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/ g)和一个非常高的导电性,不典型的古典类型的炉炭黑(N330 N550, N220,等等)。gydF4y2Ba

关于上面说,调查旨在研究进行硫化特性、力学参数、动态和自然使用橡胶型复合材料的介电性能由不同数量的导电Printex XE-2B炭黑具有很高的比表面积。gydF4y2Ba

2。实验gydF4y2Ba

2.1。描述所使用的炭黑gydF4y2Ba

两种类型的炭黑完全不同的比表面积和结构选择的实验:炉炭黑Corax N220和额外的导电黑Printex XE-2B(由赢创)。最重要的特点,总结了两种类型的炭黑表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在最初形成的初级粒子炭黑融合在一起形成阶段建立三维扩展集群称为聚合。高结构炭黑每个聚合的初级粒子数高,而低结构炭黑展品只有弱聚合。这些聚合又可能形成团聚体由范德瓦耳斯相互作用有关。空的空间(孔隙体积)之间的聚合和聚集通常表示为dibutylphtalate的体积(菲律宾)吸收一定量的炭黑是由“结构”一词描述(或“结构性”)的炭黑。假设菲律宾吸收反映了总炭黑结构由聚合和聚集,而压碎(CDBP)吸收测试类似消除松散聚集和容易可粉碎的总量。gydF4y2Ba

2.2。准备和橡胶硫化化合物gydF4y2Ba

研究进行橡胶化合物(phr)总结表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

橡胶化合物由实验室开放两辊轧机(L / D 320×360和摩擦1.27)。的速度慢滚25分钟gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。化合物制备的配方如表所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。实验被重复验证统计学意义。准备好了化合物的形式表保持24小时前硫化。gydF4y2Ba

最优固化时间(TgydF4y2Ba_{90年gydF4y2Ba})是由硫化等温线,拍摄于2000年一个振动盘vulcameter MDR(α技术)在150°C,根据ISO 3417:2002。gydF4y2Ba

2.3。测量gydF4y2Ba

2.3.1。机械性能gydF4y2Ba

橡胶化合物的硫化胶的力学性能研究是根据ISO 37:2002决定。gydF4y2Ba

2.3.2。动态机械热分析(DMTA)gydF4y2Ba

动态属性(储能模量(E′)和机械损耗角正切(gydF4y2Ba)研究了基于天然橡胶硫化胶的使用一个动态机械热分析仪可III系统(Rheometric科学)。5赫兹的频率,获得的数据是64gydF4y2BaμgydF4y2Ba压力温度范围从−80°C到80°C使用加热3°C /分钟的速度下单一悬臂弯曲模式。调查样本的尺寸:宽10毫米,长度25毫米,厚度测量使用测微计1和2毫米之间的不同。gydF4y2Ba

2.3.3。介质热分析(DETA)gydF4y2Ba

介电性能(介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)和介质损耗角正切(DETAgydF4y2Ba)研究了使用介质热分析仪(Rheometric科学)在四个不同的频率(1 kHz, 10 kHz, 100 kHz,和1 MHz)之间的温度范围20°C和100°C。样品有一个直径大约32毫米和1毫米厚。gydF4y2Ba

2.3.4。扫描电子显微镜(SEM)gydF4y2Ba

硫化胶的成分组织显微图扫描电子显微镜(SEM)了JEOL地产- 5510扫描电子显微镜。gydF4y2Ba

3所示。结果与讨论gydF4y2Ba

3.1。固化性能gydF4y2Ba

表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba总结的固化特性研究橡胶化合物。gydF4y2Ba

如表所示,填料浓度的增加(Printex XE-2B或Corax N220炭黑)导致的增加的值最小(毫升)和最大扭矩(MH)的粘度和硬度橡胶化合物。然而,值得注意的是,这些值组成的复合Corax N220炭黑在20 phr是可衡量的和那些化合物组成Printex XE-2B炭黑在5和7.5 phr,分别。相同的值组成的复合Corax N220炭黑在50 phr衡量与化合物组成Printex XE-2B 15 phr。尽管最佳养护时间(TgydF4y2Ba_{90年gydF4y2Ba})变长Printex XE-2B炭黑浓度高于7.5 phr表示,依赖TgydF4y2Ba_{90年gydF4y2Ba}与填料含量没有显著的不同组合进行了研究。相同的烧焦时间(T)是无效的gydF4y2Ba_s2gydF4y2Ba)值与浓度的增加显著降低Printex XE-2B炭黑。的浓度的增加Corax N220炭黑不影响TgydF4y2Ba_s2gydF4y2Ba橡胶化合物从而填补。结果的固化特性研究橡胶化合物可以解释伟大的不同结构和两种填料的比表面积。gydF4y2Ba

3.2。机械性能gydF4y2Ba

表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba主要介绍了硫化胶的力学性能研究橡胶化合物。从表中可以看到,两种填料引起的高数量的增加模量为100%,模量在300%伸长(MgydF4y2Ba_{One hundred.gydF4y2Ba}和MgydF4y2Ba_{300年gydF4y2Ba}),然而,正如所料,和残余变形相对减少。的硫化胶组成Printex XE-2B炭黑,最初的抗拉强度值略有增加,在填料含量高于5 phr参数的值降低10 - 15%。硫化胶的拉伸强度由Corax N220增加与增加填充量可以忽略。gydF4y2Ba

硫化胶的拉伸强度的值由7.5、10、15、20 phr Printex XE-2B炭黑对硫化胶包括低于Corax N220。在第一次看到这样的价值观似乎非典型天然橡胶硫化胶的炭黑。然而,表明获得的引用值差别并不是很大的公司引用文献数据的天然橡胶硫化胶填充炭黑在同一浓度相同。我们假设观察到的效果是由于不同结构的两种类型的炭黑。我们先前的研究[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]证明以下炭黑的结构特征决定其影响化合物和硫化胶的性能:比表面积(gydF4y2Ba);总孔隙体积(gydF4y2Ba);微孔体积(gydF4y2Ba);mesopore-specific表面积(gydF4y2Ba);中孔体积(gydF4y2Ba),减去总微孔体积计算(gydF4y2Ba)gydF4y2Ba;平均微孔半径(gydF4y2Ba),作为一个gydF4y2Ba比;中孔大小分布;supermicropore卷(gydF4y2Ba)和微孔半角。gydF4y2Ba

到目前为止没有直接依赖硫化胶固化和力学性能的结构参数建立了。然而,比较结果为样本组成不同类型的炭黑,看到一个纹理参数有效果,这并不只关注不同的赌注,CTAB-specific表面区域。另一方面,我们的调查确认的假设微孔隙(半微和超微型计算机)有一个伟大的价值形成的bet比表面积值。微孔隙更高浓度硫化胶的物理化学和力学性能恶化;,由于其主要特征参数(半角),体积相对较小,妨碍了他们的填充(如与吸附橡胶大分子);因此有更少的可能性elastomer-filler互动(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在我们看来,体积和孔隙大小分布的纹理参数产生最重要影响的强化效应研究填料对硫化胶的物理化学性质。好处可能提到的参数elastomer-filler接触不同站点的纳米多孔结构,作为一个整体影响elastomer-filler交互。通常真正的中孔有约束,容易阻塞(如吸附分子的加速器(或催化剂)的硫化过程)。为了使用最大比表面积的交互与弹性体分子,他们最大的中孔应该平均半径和体积。显然,的本质Corax N220、炭黑好处elastomer-filler交互在更高程度上比Printex XE-2B炭黑。最后但并非最不重要,有一个最优的平均半径间隙孔促进所谓的“移动吸附”,也就是说,弹性体分子移动的可能性从某些吸附填料表面网站到另一个地方。根据Danneberg [gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),后者是填料加固效果的重视。因此,填料的比表面积的一部分(在案例研究的两种类型的炭黑)用于与弹性体分子相互作用是由不同的因素决定的,与中孔平均半径和体积。然而,说假说的一个明确的证明需要额外的纹理特征研究两种类型的炭黑。然而,当使用Printex XE-2B炭黑,因此研究硫化胶,应该记住这个古典炭黑填料相比,具有独特的属性(N220、N300 N550)。如表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba所示,首先这是非常高的结构、高的比表面积和表面化学。gydF4y2Ba

3.3。动态机械热分析(DMTA)gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba2gydF4y2Ba储能模量的依赖性(E′)和动态机械损耗角正切(gydF4y2Ba)填料数量和类型,研究了温度区间−80°C + 80°C。图所示,在80°C−−40°C间隔没有巨大的变化发生在储能模量(E′)。不过值得一提的是,储能模量(E′)值的硫化胶组成Corax N220 (NR 7和NR 8)略高于硫化胶的组成Printex XE-2B (NR 1 - NR 6)。储能模量的减少(E′)温度上升,也就是说,从玻璃到高弹性状态的转变发生在−40°C。间隔从−40°C + 80°C时,硫化胶的研究在高弹性状态,存储模量(E′)值与增加填充量增加,这是由于有限的流动性橡胶大分子,被固定在炭黑表面。因此(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),这种效应可能用作填料加固措施活动,因为更大的加强活动填料,较小的流动和储存模量(E′)值就越高。机械性能类似的趋势,储能模量(E′)值组成的硫化胶20 phr Corax N220炭黑(NR 7)是可衡量的和那些对硫化胶由7.5 phr Printex XE-2B炭黑(NR 3)。另一方面,储能模量(E′)硫化胶的值由50 phr Corax N220炭黑(NR 8)是衡量与硫化胶包括20 phr Printex XE-2B炭黑(NR 6)。影响尤为明显,这可以解释再一次的大比表面积Printex XE-2B炭黑(大约600米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/ g)。gydF4y2Ba

机械损耗角正切动态损耗模量的比值(E′′)和动态储能模量(E′) (gydF4y2Ba)。它代表了大分子流动性和聚合物相变(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。可以看到从图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在间隔从0°C + 80°C的数量和类型填料使用不造成显著差异gydF4y2Ba值。众所周知,gydF4y2Ba峰值对应的玻璃化转变温度(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)的组合。图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba表明玻璃化转变温度(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)硫化胶的研究并不能改变明显(2 - 3°C)的限制范围内的数量和类型的改变所使用的填料。然而,增加的内容填充剂使用导致的峰的强度降低gydF4y2Ba,这可能是由于炭黑的加固效果gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3.4。介质热分析(DETA)gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba4gydF4y2Ba情节的频率依赖介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)的调查自然使用橡胶型硫化胶由不同数量的Printex XE-2B或Corax N220炭黑,就读于30°C和80°C,分别。gydF4y2Ba

可以看到从图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba介质介电常数的值(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)硫化胶充满Printex XE-2B炭黑7.5 phr nonfilled的接近。在这种情况下,硫化胶由7.5 phr Printex XE-2B炭黑行为作为电介质,及其介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)是由弹性体矩阵及其值不改变与频率大大增加。显然,当内容Printex XE-2B硫化胶的炭黑高于7.5 phr,达到渗流阈值和经过。然后电介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba增加10′)值gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba-10年gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba。在介质介电常数的频率增加导致减少(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)值。(gydF4y2BaεgydF4y2Ba20′)值组成的硫化胶phr Corax N220炭黑对硫化胶可衡量的和那些由5 phr Printex XE-2B炭黑,在更高的频率大大不改变。电介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)硫化胶的值由50 phr Corax N220炭黑对硫化胶可衡量的和那些由10 phr Printex XE-2B炭黑。也许,在这种情况下,渗流阈值已经达到,尽管介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)硫化胶的值由50 phr Corax N220炭黑对硫化胶包括大大低于15和20 phr Printex XE-2B炭黑。案件的影响尤其明显,又可以解释的更大的比表面积Printex XE-2B炭黑(大约600米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/ g)如果相比Corax N220炭黑N220 (96 mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/ g)。更大的比表面积Printex XE-2B炭黑促进填料粒子之间的相互作用更明显。也有利于filler-matrix交互。因此,硫化胶组成Printex XE-2B炭黑介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)值高于硫化胶充满了更大数量的Corax N220炭黑。gydF4y2Ba

可以看到从图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba在80°C的趋势,复合材料介电常数的依赖(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)频率和填充量保持不变的30°C,尽管在这种情况下,介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)值高得多。在80°C的介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)值增加2订单相比,那些在30°C(图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。还有一个独立的倾向在更高的填料浓度(15和20 phr)。随着频率增加,介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)值接近(例如,在100 kHz和1 MHz),可能是由于经过渗滤阈值在给定的填充量以及完成导电路径的形成。数据gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba4gydF4y2Ba确认重大变化发生在复合材料的介电性能对其加载各种大量的炭黑。gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba6gydF4y2Ba的硫化胶介质损耗角正切(DETAgydF4y2Ba)作为频率的函数,研究了在不同浓度的Printex XE-2B或Corax N220炭黑,在30°C和80°C。DETA的结果gydF4y2Ba与获得的数据协议的介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)。DETAgydF4y2Ba值nonfilled复合在10gydF4y2Ba^{−3gydF4y2Ba}-10年gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}范围,典型的聚合物具有介电性能。类似于介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′),DETAgydF4y2Ba随频率增加。最明显的效果是在20 phr炭黑的内容。我们观察到的不同倾向在填充量的依赖和依赖通过渗滤阈值:1 kHz的频率增加1 mhz, DETAgydF4y2Ba增加直到达到渗流阈值(7.5 phr);当经过DETA渗滤阈值gydF4y2Ba减少在同一频率范围。最明显的效果是在20 phr炭黑的内容。这两个人物的比较表明,在80°C DETAgydF4y2Ba值明显高于在经过渗滤阈值。gydF4y2Ba

3.5。扫描电子显微镜(SEM)gydF4y2Ba

记住,填料分散对复合材料性能可能会有重大的影响,我们利用SEM研究评估的炭黑填料分散。gydF4y2Ba

SEM图像呈现在图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba显示在任何使用的填料浓度分布和均匀分布在矩阵。没有观察到的团聚体。填料的显微图也显示类似的色散Printex XE-2B和Corax N220。因此,不同的色散对复合材料性能的影响可能是原则。gydF4y2Ba

4所示。结论gydF4y2Ba

这项研究调查的结果在机械、动态的,填充天然橡胶复合材料的介电性能包含炉Corax N220炭黑和Printex XE-2B炭黑。比较研究的重点一直放在影响炭黑的结构和比表面积对话语的特征。这两种类型的填料产生不同的影响。它建立了关于一些特征(最低(毫升)和最大扭矩(MH),抗拉强度、温度区间的玻璃状态,介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′),DETAgydF4y2Ba、色散等)橡胶化合物充满Corax N220在20 - 50 phr相媲美组成Printex XE-2B在5 - 10 phr炭黑。然而,情况是不一样的其他特征如介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)。电介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)的复合材料由Printex XE-2B炭黑浓度高于7.5 phr达到10gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba-10年gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba。在相同浓度的两种填料研究电介质介电常数(gydF4y2BaεgydF4y2Ba′)的硫化胶组成Corax N220炭黑远远低于硫化胶充满Printex XE-2B炭黑。gydF4y2Ba

获得的结果显示,相当多的不同的结构和比表面积两种类型的炭黑导致不同的动态和复合材料的介电性能研究。越高的比表面积和结构填料,降低其浓度需要达到相应的复合材料的特性。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

目前的研究是大学之间的国际合作项目导致的武装力量,武装力量,沙特阿拉伯王国和大学的化学技术和冶金、索菲亚、保加利亚。作者欣然承认金融支持大学的武装力量。gydF4y2Ba

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