第四章 填充补强体系.
第四章填充补强体系
第一节橡胶填充补强体系概述
第二节炭黑的品种与性质
第三节炭黑对橡胶的补强作用
第四节炭黑与橡胶的工艺性能
第五节橡胶补强作用的机理
第六节矿物及纤维填料
第一节橡胶填充补强体系概述
填料是橡胶工业的主要原料之一，属粉体材料。填料用量相当大，几乎与橡胶本身用量相当。含有填料的橡胶是一种多相材料。填料能赋与橡胶许多宝贵的性能。例如，大幅度提高橡胶的力学性能，使橡胶具有磁性、导电性、阻燃性、彩色等特殊的性能，使橡胶具有好的加工性能，降低成本等作用。
炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填料。可以毫不夸张地说，没有炭黑工业便没有现代蓬勃发展的橡胶工业。炭黑耗量约占橡胶耗量的一半。许多无机填料主要来源于矿物，价格较低，它们的应用范围也越来越广泛。在橡胶工业中它们的用量几乎达到了与炭黑相当的程度。特别是近来无机填料表面改性技术的研究与应用，使无机填料的应用领域更加广泛。填料性质对于填充聚合物体系的加工性能和成品性能具有决定性的影响。
一、补强及填充的意义
补强剂是指能使橡胶的拉伸强度(tensile strength)、撕裂强度(tear strength)及耐磨耗性(abrasion resistance)同时获得明显提高的一类填料。目前使用的补强剂通常也使橡胶的其它性能发生变化，如硬度的提高、定伸应力的提高，而且还常常产生一些不良副作用，如应力松弛性能变差、弹性下降、滞后损失大、压缩永久变形增大等。橡胶工业中用的补强剂主要及炭黑和白炭黑。
填充剂可起到增大体积、降低成本，改善加工工艺性能，如减少半成品收缩率、提高半成品表面平坦性、提高硫化胶硬度及定伸应力等作用。最常用的填充剂主要是无机填料，如陶瓷、碳酸钙、滑石粉、硅铝炭黑。
我国橡胶工业中习惯把补强作用的炭黑称为补强剂，把基本没有补强作用的无机填料称为填充剂。补强剂和填充剂统称为填料。
当然，对某一种填料往往是两种作用兼有，其中一种作用为主，例如陶土加到SBR中主要是填充作用，但也有一定的补强作用。
二、补强与填充的发展历史
橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。在Spanish时代亚马逊河流域的印第安人就懂得在胶乳中加入黑粉，当时可能是为了防止光老化。后来制做胶丝时曾用滑石粉做隔离剂。在Hancock发明混炼机后，常在胶中加入陶土、碳酸钙等填料。1904年S.C.Mote用炭黑使天然橡胶的强度提高到28.7MPa但当时并未引起足够的重视，一段时间后，人们才重视炭黑的补强作用。
世界上公认我国最早生产炭黑。古代我国称炭黑为“炱”，距今三千多年前殷代甲骨文就用烟“炱”制成墨的记载。三国时，魏国曹植就有“墨出于青松之烟”的记载。明代学者宋应星在1637年所著的(天工开物)一书中记述了我国古代生产炭黑的烟窑结构。国外制造炭黑是由我国传入的。直到1872年世界才开始工业化生产炭黑，同时也出现了“炭黑”这一术语。
炭黑的补强性不仅使它得到了广泛应用，而且也促进了汽车工业的发展。二战前槽黑占统治地位，50年代后各国用炉黑代替了槽黑、灯烟炭黑，炉黑生产满足了轮胎工业发展的要求。70年代在炉黑生产工艺基础上进行改进，又出现了新工艺炭黑。这种炭黑的特点是在比表
面积和其他炭黑相同的条件下，耐磨性提高了5％~20％，进一步满足了子午线轮胎的要求。目前，全球性轮胎业面临的主要问题是要求在保持良好耐磨性的同时，降低轮胎的滚动阻力和对干、湿路面具有较高抓着力。如何使炭黑适应这种要求，是炭黑工业面临的重要课题。1991年我国炭黑产量达320kt，1989年全世界炭黑总耗量达6.1Mt，几乎占橡胶年消耗量的一半。
1939年首次生产了硅酸钙白炭黑，1950年发明了二氧化硅气相法白炭黑，近年来无机填料发展也很快，主要在粒径微细化、表面活性化、结构形状多样化三个方面。从填料来源看对工业废料的综合利用加工制造填料发展也较快。
第二节炭黑的品种与性质
炭黑是橡胶工业的主要助刘，它作为橡胶制品的补强填料，其消耗量约为生胶消耗量的一半。橡胶工业用炭黑占炭黑总产量的93~94％。炭黑品种目前已有四十多种，其中用于橡胶工业的就有三十多种。由此可见炭黑在橡胶工业中所占地位之重要。
炭黑在国外的工业化生产是从l 875年开始的。在1904年就发现了细粒子炭黑对橡胶有补强作用，1910年开始正式用于橡胶工业中。当时炭黑品种是以天然气为原料生产的灯烟炭黑以及槽法炭黑，品种很少，直至1943年后，才逐渐改用石油产品为原料，生产炉法炭黑。由于炉法发黑原料易得，收率高，成本低，质量好，因而得到迅速发展，超过了槽法发黑的生产。
一、炭黑的品种
以前炭黑分类有按制法分，也有按作用分，后来发展了ASTM-1765这种新的分类方法。这种方法的出现结束了以前分类混乱、缺乏科学表征炭黑的状况，但其缺点是没有反映出炭黑的结构度。炭黑的几种分类方法分述如下。
炉法炭黑：这是炭黑的主要品种，采用油或天然气为原料，在1300~1650℃的反应炉中反应，炉顶有冷水喷淋。反应到所需程度，其产物再经袋滤、粉碎、造粒、磁选等后处理得到炭黑。油炉法的转化率为40％~75％、气炉法28％~37％。炉法炭黑的特点是含氧量少(约1％)，呈碱性，灰分较多(一般为0.2％~0.6％)，这可能是由于水冷时水中矿物质带来的。
（一）按制法分类
槽法炭黑：这种炭黑采用铁槽生产。即是使其原料燃烧的火焰从喷嘴喷出到铁槽底部，不完全燃烧的碳在底部集积，刮下后经一系列后处理而制得炭黑。转化率大约5％。特点是含氧量大(平均可达3％)，呈酸性，灰分较少(一般低于0.1％)。
热裂法炭黑：在空心火砖砌成的大型立式炉中，天然气在1200~1400℃下隔绝空气使其裂解(CH4→C＋2H2)而制得的炭黑。转化率30％~47％。炭黑粒子粗大，补强性低，含氧量低(不到0.2％)，含碳量达99％以上。
新工艺炭黑：第二代炭黑，由原炉法炭黑生产工艺改进。新工艺炭黑补强性比相应传统炭黑高一个等级。例如同是HAF级，新工艺的补强性达到ISAF级。新工艺炭黑的聚集体较均勾，分布较窄，着色强度比传统的高十几个单位，形态较开放。表面较光滑，表面焦油物质较多，故甲苯透光率比传统炭黑约低10％。新工艺炭黑很快地在大范围内应用。N375、N339、N351、N234、N299等均为新工艺炭黑。
（二）按作用分类
硬质炭黑：粒径在40nm以下，补强性高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。
软质炭黑：粒径在40nm以上，补强性低的炭黑，如半补强炭黑，热烈法炭黑等。
（三）按ASTM-1765-81标准分类
该分类方法由四位数码组成一个炭黑的代号(名称)。第一位是英文字码，有N和S两个，代表硫化速度。若是N，表示正常硫化速度，若是S，代表硫化速度慢。第二位数字从0到9共10个数字，代表10个系列炭黑的平均粒径范围。例如0代表炭黑平均粒径范围在1~l0nm
这一系列的炭黑，9代表炭黑平均粒径范围在201~500nm这一系列的炭黑。详见下表
表代号中第三、四位都是数子，这些数字是任选的，代表各系列中不同牌号间的区别。例如，N330炭黑就是一种硫化速度正常(也就是炉法生产的)，平均粒径范围在26~30nm内这个系列中的典型炭黑；N347是这个系列中高结构的炭黑；N326是这个系列中的低结构炭黑；N339是这个系列中的新工艺炭黑。它们的共同特点均有N3，后面两位数字表明该系列中不同的规格。
二、炭黑的微观结构
炭黑由95％以上的碳元素组成。一些油炉法炭黑的碳含量达99％以上。此外，在炭黑微晶结构中还化合有少量的其它化学元素，如氢、氧和硫等，其含量氢为0.4~4%，氧为0.2~1％，有的也存在硫，一般不超过1％。槽法炭黑中的氢、氧含量最大。炭黑中的氢、氧元素多以羧基(-COOH)形式存在，或以苯酚基形式存在，也有的以醌基形式存在，醌基会生成自由基，因此显得更为重要。
(一)炭黑的化学组成
炭黑的微晶结构属于石墨晶类型，石墨晶格中碳原子有很小的对称结构。各碳原子位于每边为1.42?的正六角形的顶角上，在六边形平面上，碳原子按120°角以共价键与周围三个碳原于联结，第四个键与相邻平面(上面或下面)碳原子联结，组成了许多六角形平面。几个(通常为3~5个)平面平行排列成微晶结构。石墨晶体平面间距为3.35?。X-射线分析证实，任何炭黑粒子都是由这种类石墨晶体紧密堆集而成的。
(二)炭黑的微晶结构
炭黑的微晶比起石墨晶体要小得多，一般炭黑微晶是由3~4个层面叠落而成的，乙炔炭黑由6~7个层面组成，炭黑的层面距离比石墨的要大。各种炭黑的层面距不同，同一种炭黑也有波动范围，只能取平均值。例如，乙炔炭黑为0.355nm，炉法炭黑平均为0.377~0.385nm。炭黑的各层面间不如石墨对应的好，层面向有弯曲、扭转、平移、串层而形成如图3-7所示的乱层结构示意图。炭黑微晶高度Lc一般1.3~1.6nm。各种炭黑相差不大。
这种含有3~5个平行层的碳结晶体以同心圆定向排列的结构区域如右图所示。
炭黑粒径为200?时，约含1500个类石墨晶体。热裂法炭黑粒径很大，所含类石墨晶体中含碳原子可达300个左右。下表是炭黑微观结构参数的一例。
三、炭黑的基本性质
炭黑的基本性质（炭黑三要素）是指炭黑粒子的粒径和粒径分布；粒子的结构程度和结构形式；粒子的表面状态、表面化学性质等，这些性质对橡胶工艺性能及补强效果有着根本的影响。
（一）炭黑粒径及分布
粒径与制法及生产条件有关，炭黑粒子平均直径在几μm~数百μm范围，下图是几种主要炭黑粒径的示意图。
测定炭黑粒径的方法有多种，有电子显微镜直接测定法和通过吸附法测定炭黑的比表面积间接法等。采用直接观察粒子外形是应用1~10万倍电子显微镜的照像技术，可以将粒径放大到一至几个毫米。下图是四种炭黑的电子显微镜照片。
采用电子显微镜直接观测粒径，并统计其平均粒径，进而可计算出炭黑的比表面积：
而平均直径常大于算术平均直径，它与粒径分布大小有关，故可用dA/dn的比值判断炭黑粒径的分散程度，比值越小，粒径分布越窄，反之则越宽。粒径分散程度对补强作用有一定影响，一般希望分布窄些为好。
按电子显微镜照像统计各种粒径粒子的百分数，将其与粒径作图可制出炭黑粒径分布曲线，下图是几种炭黑按粒径的重量百分数对粒径的座标曲线，称为重量分布曲线。通过分布曲线，能看出粒径及其数量的变化情况，有助于对炭黑性质的了解。
采用电子显微镜方法测定炭黑的比表面积是按粒子的光滑状态算出的，而炭黑粒子的表面呈粗糙状态，因而增大了粒子的实际面积，所以电子显微镜方法测定的比表面积往往偏小。因此，采用吸附法测量比表面积更接近于实际情况。吸附的经典方法是采用氮吸附法，即BET 法。在液氮温度下，炭黑粒子表面吸附一层氮的单分子层，按吸附氮的重量计算炭黑比表面积，因氮分子直径约为4?，可被吸附在炭黑粒子表面的空隙中。所测的比表面积为实际表面积。其它如碘吸附法也可测得比表面积，但炭黑粒子表面化学性质对其影响较大，故适用于表面活性较低的炭黑。
近年来出现的测定炭黑比表面积的新方法是用分子量较大的表面活性物质做吸附剂，由于这种大分子量的表面活性物质分子与橡胶分子一样，分子体积较大，例如CTAB阳离子表面活性剂(溴代十六烷基三甲胺)的分子面积约为50?，都不能进入炭黑粒子的微孔中，只能被吸附在粒子表面上或较大的孔洞中。所以，这种方法测定的比表面积接近于橡胶与炭黑粒子的接触面积。实验表明，这种方法测定的比表面积与补强效果有较好的相关性。常用的吸附剂除上述的CTAB阳离子表面活性剂外，还有OT阴离子表面活性剂(磺基丁二酸钠二辛脂)。由于这类吸附剂活性较小，与炭黑吸附过程几乎不受炭黑表面化学性质的影响，故可适用于各种炭黑的测定。下表所示是不同方法测定的炭黑比表面积。
（二）炭黑粒子表面粗糙度
炭黑粒子表面存在不同程度的粗糙现象。实验证明，色素炭黑或槽法炭黑粒子表面粗糙现象最显著，油炉法或热裂法炭黑粒子表面较为光滑。炭黑粒子表面这种粗糙现象是由于碳氢化合物高温燃烧裂解时，炭黑成粒过程伴随有剧烈氧化作用所致。因为炭黑微晶的平行平面层间距较大，微晶呈不规则排列，且碳键较弱，所以高温下氧分子很易渗入微晶的平面之间，使晶格氧化破坏。虽然燃烧经冷却，对炭黑粒子表面上的氧化作用有一定抑制，但炭黑粒子内部的氧化作用并不能完全停止，因而炭黑粒子发生了氧化侵蚀现象，形成数?~数十?直径的孔洞，于是产生了炭黑粒子表面的粗糙现象。如下图所示。
近年来Donnet使用分辨能力为0.2nm的扫描隧道电子显微镜，简称STEM，研究了炭黑及石墨的表面。左图是完整的高度定向热解石墨表面的STEM照片，的确是三角形对称。当观测范围适当时，可以看到层面边缘的典型结构，也就是层面末端指纹，见右图。
炭黑聚集体表面的STEM照片见左图。由该图可见，即使这个放大倍数不太高的表面也清晰可见表面不平。再放大一些可见粒子表面上的台阶，见中图。进一步放大到原子分辨级，由STEM照片可清晰看到粒子表面上由规则的六角环构成的石墨层面网络，如右图
在上述基础上提出炭黑粒子的表面分子模型，如左图所示。粒子表面上微晶层面错开排列，如屋顶瓦片的排列，或者说如鱼鳞状排列，而且这些层面间互相内聚，见右图
（三）炭黑结构
它是指炭黑形成过程中，炭黑粒子熔聚而形成的一种结构状态。经典概念认为炭黑粒子形成时，粒子间以化学键熔聚连结形成牢固的链枝状结构，称为炭黑的一次(或原生)结构。这种一次结构间以范德华力聚集生成空间网构状态的炭黑凝聚体称为二次(或次生)结构，这种结构不甚牢固，在与橡胶混炼时易被碾压粉碎，分散于橡胶之中。
炭黑的一次结构程度和二次结构程度统称为炭黑的结构性或总结构程度。炭黑的结构性与炭黑品种及生产方法有关。采用高芳香烃油类生产的高耐磨炉法炭黑，有较高的结构性，原生结构可由数个或数十个炭黑粒子熔聚而成链枝状体。而瓦斯槽法炭黑则只有2~3个粒子熔聚在一起，结构性很小。至于热裂法炭黑，它的粒子几乎没有发生熔聚现象，其粒子呈分散状态存在。所以一般将炭黑结构性分为低结构、正常结构和高结构三种类型。
随电镜技术的发展，已清楚观测到了炭黑的最小结构单元是链枝状、椭球状或球状聚集体。粒子是聚集体的一部分，粒子间是化学结合，在两粒子熔粘处形成颈部，此处微晶取向程度较低，此外，微晶继续在其表面取向排列，形成象花生壳式的结构。ASTMD849定义聚集
体为“由一个或多个生长中心在长大期间聚集而成的最小准石墨结构单元”。单元中的生长中心称为织粒或区域。单元外表面微晶沿表层取向排列，织粒间是化学结合，这便是聚集体的新概念，见图3-9。真实聚集体的高倍电镜照片见图3-10 。
这种次生的凝聚体可以在混炼过程中被破坏，但基本的聚熔体”是不易被破坏的，所以可视其为在橡胶中最小的分散单位，这种“基本聚熔体”的结构形态对补强及工艺性能有本质的影响。
（四）炭黑表面的化学性质
1、炭黑的表面基团
炭黑表面上有自由基、氢、羟基、羧基、内脂基、醌基，见右图。这些基团估计主要在层面的边缘。几种典型炭黑的基团含量见下表。
（1）自由基
炭黑的自由基主要在层面边缘上，特别是在表面瓦片状的边缘上的自由基对吸附作用有较大影响。可以将炭黑聚集体看作是一个许多自由基的结合体。由于这些自由基与层面聚集结构的п体系形成共轭，所以它们的稳定性较一般自由基高。Donnet用偶氮二异丁腈及顺磁共振方法分别测定了几种炭黑的自由基数量，两种方法的结果均在1020个／克炭黑的数量级上。
炭黑中除表面上的氢外，内部也有，这些反应不完全剩下来的表面上的氢比较活泼，可以发生氯、溴的取代反应。
（2）炭黑表面上的氢
含氧基因有羟基、羧基、酯基及醌基。这些基团含量对炭黑水悬浮液的pH值有作用，含量高，pH小，反之亦然。例如槽法炭黑水悬浮液的pH值在2.9~5.5间，炉法炭黑pH值一般在7~10间。
（3）炭黑表面的含氧基团
2、炭黑表面基团的反应性
炭黑表面可以产生氧化反应、取代反应、还原反应、离于交换反应、接枝反应等，分述如下。（1）氧化反应
（2）与卤素和发烟硫酸的反应
刚生产出来的炭黑在常温空气中会与氧作用，使含氧基团增加，大约放置3个月后这种作用(陈化作用)就变得很少了。还可以用各种强氧化剂氧化，炭黑氧化后在涂料及油墨中使用时其光泽、黑度均较好。
炭黑与卤素能产生取代反应。炭黑同样能与发烟硫酸作用，引入硝酸基(-SO3H)，称为磺化炭黑。
（3）还原反应炭黑的还原反应多发生在炭黑表面，以炭黑中的醌基发生较多，如
在生产接触法色素炭黑中，在极严格控制条件下通氢、空气及油蒸气以制取高色素炭黑。（4）离子交换反应主要是其他物质同炭黑表面上的官能团(如羧基、酚基等基团)的作用如
（5）炭黑的衍生物和接枝当炭黑与重氯甲烷作用时，生成炭黑的衍生物，
炭黑粒子表面也可和各种单体，如丙烯腈、丙烯酸脂和苯乙烯等在引发剂存在下与炭黑表面反应生成炭黑的衍生物。例如炭黑与聚异戊二烯接枝可得如下产物。
3、炭黑的化学成分
炭黑的表面基团与炭黑化学成分关系密切，一般槽法炭黑中含氧较多，炉法炭黑较少。炉法炭黑中灰分比槽法炭黑多，这是炉法炭黑制造时用冷却水的缘故。几种炭黑的化学组成见下表。
4、炭黑的石墨化及表面基团脱除
炭黑在惰性气体(如N2)中加热至1000℃以上会渐渐地使微晶增大，如增大高度Lc，层面距减小。表面形成环状多角形，结晶规整性提高，炭黑的比表面积减少，表面基团会逐渐脱除。当温度升到2700℃时，变化达到了极限，再升高温度，变化很小。所以将炭黑加热到2700℃以上称为石墨化。石墨化炭黑的微晶尺寸变大，见下表
炭黑对橡胶的补强作用（工艺性能）取决于炭黑的性质，如粒度大小、聚集体形态以及粒子的表面化学性质等。实际上，橡胶制品的补强性能并非只是依赖于炭黑的某一性质，而是炭黑各种基本性质共同作用的结果。为了便于分析，首先从具体性质进行讨论。
第三节炭黑对橡胶的补强作用
一、炭黑粒径对补强性的影响
炭黑粒径是炭黑补强作用的重要因素。炭黑粒子越细，补强性能越优越，下表是几种常用炭黑的比表面积与其相对补强性能的关系。首先，确定高耐磨炉黑(比表面积为80米2/克)的相对补强性为100，其它炭黑可高于或低于100
实验表明，炭黑比表面积大于50米2/克时，才表现出较好的补强性。可以设想，炭黑粒子呈小球状，它的粒径在50?m以下时，也即与硫化橡胶交联点间链段长度有相同数量级时，才能表现出较好的补强效果，如右图所示。
当炭黑粒径大于网构中交联点间链段长度时，此时网构中交联点间链段不能有足够长度充分地吸附在炭黑粒子表面上，橡胶制品在伸张变形时，很易发生剥离。若炭黑粒子比表面积在150~200米2/克时，即粒径远小于交联点间链段长度，此时橡胶分子链段能充分吸附在炭黑粒子表面上，两者牢固地结合在一起，如图所示。由此可见，炭黑粒径对补强性有很大的影响。
炭黑比表面积对橡胶的炭黑凝胶生成量有显著影响，比表面积越大，凝胶生成量越多，如右图所示。凝胶生成量是炭黑补强性好坏的重要标志。因为炭黑凝胶是橡胶与炭黑的结合物，有助于形成炭黑的补强结构。
炭黑粒径对硫化橡胶物理机械性能有明显的影响，如对天然橡胶和丁苯橡胶硫化胶强伸性能的影响(如图所示)，抗张强度随粒径的减小而增大；定伸强度亦随粒径的减小而增大，但至某一程度变为定值；伸长率随粒径的减小而下降，降至某程度趋于定值。
炭黑粒径对硫化橡胶的耐磨耗性、凹弹性、硬度及压缩永久变形等也有明显影响，如图所示。实验表明，炭黑粒径越小，硫化橡胶耐磨耗性能越好，而与炭黑品种关系不大。炭黑粒径小(即比表面积大)时，可增大硫化胶的生热和滞后损失，且表现有较小的回弹性。
炭黑粒径与硫化橡胶的撕裂强度的关系如图所示，增大粒径，撕裂强度降低。炭黑粒径对硫化橡胶硬度也有明显的影响，硬度随比表面积增大而上升，但增大到一定数值后，硬度就不大变化了。
定伸强度、伸长率、硬度及撕裂强度等性能随炭黑比表面积的变化，都表现出明显的转折点，即在比表面积的某数值处曲线出现拐点。这说明，炭黑粒径或比表面积对硫化橡胶一些物理机械性能的影响不是始终如一的。
二、炭黑结构度对补强性的影响
炭黑结构度对硫化橡胶的补强性有着重要影响。炭黑颗粒聚集体的结构度与硫化胶定伸强度有明显的相关性。如采用相同比表面积结构度不同的炭黑，测定DBP吸油值（为了测出炭黑基本聚集体的结构度，实验时先将炭黑在1690公斤/厘米2下重复加压四次，达到粉碎次级聚集体结构的目的)，从相同比表面积炭黑的吸油值之比值，可找出结构度与炭黑浓度(即炭黑用量)的关系。实验表明，以不同结构度的炭黑制得的具有相同补强效果的硫化橡胶，所需炭黑的用量不相同，炭黑结构程度高者，其用量可相对降低。这说明炭黑的补强作用与炭黑颗粒聚集体的包容体积有直接关系，即炭黑补强与炭黑颗粒聚集体的包容橡胶有关。炭黑结构度对定仰强度影响最为突出。在相同粒径下，结构度越高，定伸强度越大，如图所
示。
此外，提高炭黑结构度可降低伸长率，提高抗张强度和硬度，特别是可提高耐磨耗性，如图所示。炭黑结构度对硫化胶动态性能也有影响，相同的疲劳条件下，高结构炭黑可提高硫化胶的滞后损失和生热性。但在相同的形变负荷下，因定伸强度较大，形变能力较小，又会降低滞后损失和生热性。
炭黑结构度对结晶性或非结晶性橡胶的补强性影响不同。高结构炭黑对非结晶性橡胶的抗张强度或撕裂强度的影响较结晶橡胶显著得多。反之，低结构炭黑对结晶性橡胶的抗张强度或撕裂强度的补强效果高于非结晶性橡胶。
炭黑结构度对硫化橡胶的导电性影响很大，结构度越高，导电性越强，如乙炔炭黑具有较高的结构度，赋予硫化橡胶以最大的导电性。
三、炭黑粒子表面性质和表面状态对补强性的影响
炭黑粒子的表面化学性质、粒子表面的粗糙程度及炭黑的结晶状态，对补强作用有一定的影响。实验证明，炭黑表面的结晶结构与补强作用有直接关系。如将炭黑在惰性气体中加热到1600~2500℃，炭黑晶体结构呈现石墨化，结果降低了补强作用，这说明炭黑晶体结构直接影响炭黑的补强性。
有实验指出，炭黑粒子表面上的醌基团或氢醌基团，在炭黑混炼以至硫化过程中，能够与链烯烃橡胶发生化学反应，表现出补强效果。也有的实验指出，炭黑粒子表面的含氧官能基团，对链烯烃类橡胶的补强作用无大影响，但对饱和性大的丁基橡胶补强作用影响很大。含有较多含氧官能团的槽法炭黑有较好的补强作用，而碱性炭黑补强较差。还有的实验指出，炭黑粒子表面氧和氢的含量对硫化橡胶的耐磨耗性能有所影响，当增大氢含量，减少氧含量时，有助于提高耐磨性。但氢氧含量与耐磨耗性的关系还不很清楚。
四、炭黑含量对补强性的影响
橡胶中炭黑的填入量显著影响硫化橡胶的物理机械性能。早期曾采用△A函数表征填料变量时的补强效果，这说明填料用量对补强性有直接关系。如图所示是瓦斯炭黑填入量与硫化橡胶弹性能的关系，随着炭黑的增量，弹性能出现最大值。图中斜线的面积表示为△A函数，纯硫化橡胶的弹性能表示为AB，△A函数大小可做为衡量填料补强效果的尺度。
炭黑变量对硫化橡胶物理机械性能有各种影响，有时使物性指标单调增大或减小，有时使物性指标出现最大值或最小值。实验已知，硬度、定伸强度和生热性等，随炭黑增量出现单调地增大。回弹性、伸长率等出现单调地下降。抗张强度、撕裂强度及耐磨耗性随炭黑的增量出现最大值。炭黑补强性越大，出现最大值越明显。右图所示是各种炭黑变量对天然橡胶硫化胶抗张强度的影响。
随着炭黑的增量，硫化橡胶耐磨耗性初时有显著地增强，增加到最大数值后，炭黑如再增量，耐磨性不再明显变化，如右图所示。从图看出，当橡胶中炭黑的总比表面积相等时，较大粒子的炭黑有较好耐磨耗性，而粒子较小的炭黑却有较小的耐磨耗性。这是与炭黑在橡胶中的分散性有关，炭黑粒子越小，在橡胶中的分散性越差，降低了耐磨性。
实验表明，随着炭黑的增量，一些物性指标出现最大值时与炭黑的粒径有关。炭黑粒子越小，物性指标达到最大值时的炭黑量趋于减少，且提高了物性的最大值。上述炭黑增量时，耐磨耗性能的变化就是这个规律的典型例子。
炭黑用量对硫化橡胶的导电性也有显著影响。各种炭黑用量的增加都会使硫化胶的电阻率显著地下降。
第四节炭黑与橡胶的加工工艺性能
炭黑的各种基本性质都能对橡胶的加工性能产生显著影响，为满足制品生产工艺性能的要求，在制品生产中应十分重视炭黑品种及用量的选择，本节主要讨论各种炭黑粒子对胶料的性质以及对混炼、压出、硫化等工艺过程的影响。
一、炭黑胶料的混炼
炭黑的基本性质对炭黑胶料混炼的影响十分显著。由于炭黑的性质不同，炭黑的混入速度、分散效果等也不相同，并使各种不同炭黑胶料具有不同的门尼粘度。
炭黑在橡胶中的混入速度，是指在分散前的“吃粉”过程的快慢。炭黑的混入时间与粒径、结构度及视容比都有密切关系，但与炭黑表面的含氧量关系不大。炭黑的粒径愈小、结构度愈高，所需混入时间愈长。
大量实践结果表明，粒径过小、结构度低的炭黑，分散作用差，即混炼时间增长。反之，结构度大的炭黑，由于几何因素使粒子间接触较差，粒子间凝结作用差，分散性能好。炭黑的表面化学性质对分散作用影响不大。槽法炭黑较高耐磨炭黑分散效果差，但两者粒径却相差不大，原因即因槽法炭黑的结构度较低。
二、炭黑胶料的性质
将混炼入炭黑的胶料置于溶剂(如苯、汽油等)中，有部分胶料不能溶解，即炭黑与橡胶形成一部分炭黑-橡胶结合体，这种结合体称为炭黑凝胶或称为结合橡胶。
炭黑凝胶的生成量与炭黑种类、用量、橡胶品种及混炼条件有关。炭黑凝胶的生成，说明在混炼过程中，炭黑与橡胶发生了一定程度的结合，所以炭黑凝胶的生成量是衡量炭黑对橡胶补强效果的重要尺度。
（一）结合橡胶的概念及测试方法
炭黑凝胶的生成，是由于混炼时，橡胶大分子断裂生成的自由基和炭黑粒子表面上的活性部位发生结合所致，构成了橡胶-炭黑结合体，过程如下：
除上述化学反应过程之外，两者的物理结合也是重要因素。通过化学和物理的结合，导致形成了类似网构的结合体。
核磁共振研究己证实，炭黑结合胶层的厚度大约5nm，紧靠填料表面一面厚度约0.5nm左右，这部分是玻璃态的。在稍远点的地方，也就是靠橡胶母体这一面的呈亚玻璃态，厚度大约4.5nm。
结合橡胶量虽然很重要，但测定方法及表示方法并未统一。下面提供一种参考方法，即将混炼后室温下放置至少一周的填充混炼胶剪成约1mm3小碎块，精确(0.0002g)称取约0.5g(W1)封包于线型橡胶大分子能透过而凝胶不能透过的已知质量(W2)清洁的不锈钢网中或滤纸中，浸于100ml甲苯中室温下浸泡48h，然后重新换溶剂再浸24h，取出滤网真空干燥至恒量(W3)，
根据胶料中填料的质量分数或橡胶的质量分数，按下式计算结合胶量，结果以每克填料吸附的橡胶克数表示，或以胶料中橡胶变成结合胶的质量百分数表示(若进一步提高试验准确性应做未填充胶的空白试验，纯胶中若有凝胶应从结合胶中减去)。
（二）影响结合橡胶的因素
结合橡胶是由于炭黑表面对橡胶的吸附产生的，所以任何影响这种吸附的因素均会影响结合橡胶，其因素是多方面的，现分述如下。
1、炭黑比表面积的影响
结合胶几乎与炭黑的比表面积成正比增加，右图是11种炭黑在天然橡胶中填充50份时的试验结果。CC炭黑是色素炭黑，HMF炭黑是高定伸炉法炭黑，随比表面积增大，与橡胶形成的界面积增大(当分散程度相同情况下)，吸附表面积增大，吸附量增大，即结合橡胶增加。
2、混炼薄通次数的影响
为了试验的准确性，采用溶液混合方法，即将炭黑加到橡胶溶液中混均匀，冷冻干燥，再薄通不同次数，取样测结合橡胶。
在天然橡胶中试验了5种炭黑，用量50份，薄通次数从0到50次，结果见右图。
由图可见，结合胶约在10次时为最高，以后有些下降，约在30次后趋于平稳。开始的增加
是由于混炼增加分散性，增加湿润的作用，同时也增加了大分子断链。天然橡胶是一种很容易产生氧化降解的物质，那些只有一两点吸附的大分子链的自由链部分可能存在于玻璃态层及亚玻璃态层外面。这部分橡胶分子链薄通时同样会产生力学断链及氧化断链。这种断链可能切断了与吸附点的连接，这样就会使结合胶量下降。
50份炭黑填充的氯丁橡胶、丁苯橡胶和丁基橡胶随薄通次数的变化如下：氯丁橡胶、丁苯橡胶结合胶随薄通次数增加而增加，大约到30次后趋于平衡。而丁基橡胶一开始就下降，也是约30次后趋于平衡。丁基橡胶下降的原因类似于天然橡胶。
3、温度的影响
试样仍采用上述溶液混合，冷冻干燥法制备，将混好的试样放在不同温度下保持一定时间后测结合胶量，结果见右图。随处理温度升高，即吸附温度提高，结合胶量提高，这种现象和一般吸附规律一致。
与上述现象相反，混炼温度对结合胶的影响却是混炼温度越高则结合胶越少。这可能是因为温度升高，橡胶变得柔软而不易被机械力破坏断链形成大分子自由基，炭黑在这样柔软的橡胶环境中也不易产生断链形成白由基，因此在高温炼胶时由于这种作用形成的结合胶会比低温下炼胶的少。自然在上述静态高温条件下增加吸附的作用在高温炼胶时也存在，但这种吸附增加的结合胶量可能小于因新产生自由基而形成的结合胶。综合作用的结果是炼胶温度升高，结合胶下降，见右图
由下表可见，随丁苯橡胶分子量增加，结合胶增加。这是因为一个大分子可能只有两点被吸附住，但这时它的其余链部分都是结合胶，所以分子量大，结合胶就多。
4、橡胶分子量的影响
5、溶剂溶解温度的影响
试样是丁苯橡胶加25份在950℃×lh下除去表面含氧基团挥发分的N347炭黑，混炼30min，室温下停放48h后。再分别用四种不同沸点的溶剂，苯(80℃)、甲苯(110℃)、邻二甲苯(144℃)、邻二氯苯(182℃)分别回流100h后测结合橡胶量，结果见右图。随溶解温度提高，结合胶量下降。这一现象再一次说明了炭黑表面吸附能的不均匀性。
四个温度点的结合胶可连成一条直线延长与横轴相交，该交点温度记作Tm，不同炭黑的直线不同，活性低的或用量小的在下面。Tm点的温度就是结合胶完全解除的温度。丁苯橡胶填充N347的Tm为370℃，而丁苯橡胶填充石墨化炭黑的Tm为210℃。这也说明石墨化炭黑对丁苯橡胶结合能低于N347炭黑对丁苯橡胶的结合能。对丁基橡胶、试验得出类似的结果，但丁基橡胶与N347的Tm为245℃，说明丁基橡胶比丁苯橡胶对炭黑的结合能低。试验表明，混炼后随停放时间增加，结合胶量增加，大约一周后趋于平衡，因为固体填料对固体橡胶大分子的吸附不象固体填料对气体或小分子吸附那么容易。另外化学吸附部分较慢，也需要一定时间。
6、陈化时间的影响
Ayala和同事将N121炭黑在氮气环境中分别加热到1000℃、1100 ℃、1500℃，在该峰值温度下保持30min，再在氮气中冷却，制得的试样氢含量和性能见下表。
7、炭黑中氢含量的影响
用上表的炭黑45份与丁苯橡胶混炼(布拉本德混炼)。甲苯为溶剂，以每100m2炭黑表面上所吸附的不溶解橡胶的质量百分率表示结合胶量，试验结果如下图所示。结合胶随着氢含量的增加而线性增加。
（三）炭黑胶料的门尼粘度
胶料门尼粘度与橡胶加工工艺关系很大，高粘度胶料常给加工过程带来困难。炭黑胶料粘度的变化与炭黑凝胶有直接关系，炭黑胶料中疑胶含量愈大，胶料的门尼粘度也愈高，如右图所示。
炭黑结构度对各种橡胶胶料的门尼粘度也有不小的影响，如右图所示。随着炭黑用量的增大，胶料的粘度因所用炭黑及橡胶种类的不同而有不同程度的提高。综上所述，炭黑粒径愈细，纬构度愈高、用量愈多，胶料的粘度也愈高。原因是这些因素都能促进胶料中凝胶的生成。
三、炭黑胶料的压出
在橡胶加工过程中，炭黑对压出工艺的影响主要是指对胶料压出口型膨胀率(或收缩率)、压出速度和压出外观的影响。影响压出特性的主要因素是炭黑的结构度，而炭黑的粒径影响不大。
从右图可看出，炭黑的粒径和表面性质与压出收缩率无大关系，而与表征炭黑结构度的吸油值却有直线关系。炭黑用量对压出变形影响的规律表现为压出收缩率随炭黑用量的增大而降低。炭黑结构度愈高，用量愈多，收缩率降低得也愈快。
炭黑对丁腈橡胶、乙丙橡胶压出收缩率的影响最为显著，对天然橡胶及异戊橡胶影响不大。炭黑的结构度对胶料压出速度有很大影响，提高炭黑的结构度可加快胶料的压出速度。炭黑的粒径对压出速度的影响并不显著，如结构度相同，粒径小时有降低压出速度和提高压压收缩率的倾向(见右图)。
四、炭黑胶料的硫化
炭黑对胶料硫化工艺的影响，主要是指对硫化速度和焦烧时间的影响
（一）炭黑对胶料焦烧性能的影响
加有炭黑的胶料都有不同程度缩短焦烧时间的趋势。焦烧时间与炭黑的结构度有密切关系，结构度高，粒径小的炭黑，都将缩短胶料的焦烧时间，如右表所示。
炭黑表面性质对焦烧时间的影响与炭黑含氧量的关系很大。含氧量高、pH值低，也即呈酸性的炭黑(如槽法炭黑)，焦烧时间就愈长。而油炉法炭黑的pH值在6~9范围，对焦烧时间的影响不大。
炭黑用量对焦烧时间影响也很大，焦烧时间随炭黑用量增加而显著缩短。因为提高炭黑用量后胶料凝胶量增大，因而有促进焦烧的作用。
（二）炭黑对硫化胶结构的影响
因为炭黑粒于表面有各种含氧官能团和自由基，表面活性很大。在硫化过程中，炭黑能通过物理吸附和化学反应参与硫化作用。有的研究报告认为，硫化反应中，硫化促进剂相互作用生成中间化合物是在炭黑粒子的巨大表面积上进行的。由于不稳定的中间硫化物分解，在炭黑表面上析出活性硫，生成的活性硫再与炭黑粒子表面上的活性基以及橡胶大分子结合构成网构，如图所示。
此外，由于炭黑粒子表面活性的影响，可生成较多的活性硫，因而可提高胶料的交联密度，降低多硫交联键的数量。这种硫化胶性能的改善，体现出炭黑的补强效果。炭黑颗粒表面上存在的活性中心促进了硫环的裂解和促进剂的分解，因而缩短焦烧时间，加快了硫化速度。也有资料认为橡胶大分子被吸附在炭黑颗粒表面上后，降低了大分子的活动能力，有助于硫化时的交联反应。炭黑的基本性质与胶料工艺加工和硫化胶物性的相关性如表所示。
第五节橡胶补强作用的机理
为提高橡胶制品的物理机械性能，在橡胶制品工业生产中，都在胶料中添加填料作为补强剂。从1912年发现炭黑的补强作用至今已有近百年的历史。但对粒状填料补强作用的机理研究得还不够充分。上世纪三十年代后，随着高分子化学和物理学的进展以及聚合物材料应用的日益广泛，物理机械性能要求的更加严格，促使对橡胶补强的研究有了长足的进步。一些研究者认为，橡胶的补强作用机理是以复合材料理论作为基础的，所以复合材料科学的发展为橡胶补强作用的机理提供了新的内容。
橡胶的补强机理有很多观点和学说。比如，有的认为橡胶大分子在炭黑粒子表面上形成特殊状态的补强结构。这是在采用核磁共振方法(NMR)的实验基础上提出的概念，并解释一些实
际现象。有的研究者认为，大分子吸附在炭黑粒子表面上，产生滑动作用的补强结构等等。本节主要介绍这两种补强观点。
一、橡胶大分子在炭黑粒子表面形成吸附层的补强机理
早期就曾提出这样的概念，即填料的补强作用是由于橡胶分子链在填料粒子表面上相互作用，形成了取向排列的二维状态所致。与一般填充橡胶的三维状态相比较，这种二维状态具有较高的机械强度。所谓二维状态，是大分子链被吸附在填料粒子表面上，呈现特殊的平面取向状态。随着体系中补强填料粒子分散程度的提高，转变到粒子表面上这种取向的二维状态的橡胶量也增多，从而增大了整个被填充体系的机械强度。
这种见解符合当前复合材料的补强观点，即炭黑等填料在橡胶中构成了多相不均匀体系，橡胶大分子在填料粒子的表面上形成了一层特殊的橡胶层，产生了补强作用。实验表明，若使橡胶大分子链更多地转变成二维状态，除提高粒子的分散度外(即降低炭黑粒径)，更需要提高填料粒子表面对橡胶的湿润性，即对大分子的吸附能力。为此，可采用表面活性物质处理填料粒子的表面，以提高填料表面的活性。
橡胶大分子链在填料粒子表面上的吸附凝结，也即转变为二维状态的能力与温度(特别是混炼温度)也有关系。当橡胶在湿润温度(相当于流动温度)以上时，橡胶大分子表现较强的热运动，分子链间内聚能较低，易被活性填料粒子表面吸附取向，构成有力的物理结合或一定的化学结合，形成一层吸附层，提高补强效果。
这种补强机理，具有代表性的论点认为，当炭黑补强性填料混炼到橡胶中时，胶料中的橡胶大分子已被吸附在炭黑粒子的表面上，生成了稠密的二维定向状态的“结构橡胶层”，这种“结构橡胶层”中的橡胶大分子运动性很低，称为C相，此外，未被吸附的具有运动能力的橡胶大分子部分称为A相，实际上由于C相的存在，势必对A相的运动有所影响。此时，A相和C相构成了胶料的不均质结构。
应用核磁共振方法可以测定出胶料中具有运动能力的A相和运动能力低的C相的体积分率Vc。胶料中形成的C相的体积分率Vc除与炭黑填加量有关外，也与炭黑的粒径、结构形态有关。若已知中超耐磨炉黑“基本聚熔体”结构中的粒子数为M，粒于半径r为120?，可计算出在炭黑粒子表面上吸附凝胶的C相层厚度△Vc大约为50?，这就近似地求出了炭黑颗粒表面上形成的二维定向状态结构橡胶层的厚度。定量的理解这个问题，有利于对粒状填料补强微观结构的理解。同样，硫化橡胶中炭黑存在的不均质状态亦可用同样方法测定。在硫化胶中，除存在C相和A相外，还有交联网的集团结构存在，称为B相。
硫化胶结构中C相的状态，基本与填料中的C相相同。同样采用核磁共振方法测知，C相大分子结构具有类似玻璃态特点，层厚△Vc随填料的补强活性而异，如中超耐磨炭黑约为45?。正是这种C相的存在，表现了粒状填料的补强效果。右图是炭黑填充硫化胶不均质结构的示意图。
综上所述，活性粒状填料所以对橡胶产生补强作用主要是因为改变了硫化胶的结构，使部分橡胶转变成C相结构状态。在硫化胶中，当活性的粒状填料具有良好的分散程度，且在每个填料粒子的表面上都能凝结牢固的C相层时，这种“结构橡胶层”在整个硫化胶网构体系中起着骨架作用，以这种骨架联结着具有弹性的A相及B相部分的大分子结构，构成了一个填料与大分子链结合的网状结构。这种结构全面的改善了硫化胶的机械强度，表现出优秀的补强效果。
二、橡胶大分子在填料粒子表面滑动的补强机理
这种补强机理认为，被吸附在炭黑粒子表面上的大分了链段有一定的活动能力。在应力作用下，炭黑粒子表面上吸附的链段能够发生滑动现象，促使应力重新分布，阻止了因应力集中而引起的分子链断裂，从而提高了橡胶的断裂强度。这个过程首先是通过链段的重排，吸收应变能，然后通过大分子链的滑动，以磨擦热的形式耗散掉，这是产生滞后现象的一个主要
原因。断裂时所需的能量高于其断裂能，原因是已经有一部分应变能以热能形式耗散掉。滑动补强示意图如右图所示。从图可知，按滑动补强作用，如果链段在填料粒子表面上发生稳定的化学结合，将会妨碍链段的滑动和重排作用，进而易使链段先发生断裂以致引起—些链段的进一步断裂，所以大分子链段在填料粒子表面上不应有稳定的结合。这个补强机理能够解释填充硫化胶的粘弹性，如滞后损失以及在周期伸张形变时发生的应力软化现象。
上述补强机理是建立在物理作用基础上的。这种观点的重要事实根据是，炭黑在惰性气体中加热到1200℃时，对橡胶的补强作用无大损害；加热1600~2500℃，炭黑石墨化后，补强作用才下降。这说明补强作用不是由于炭黑粒子表面化学基团的作用引起的。但近来一些实验证明，在炭黑粒子表面上的羧基团、苯酚基团、醌基团及炭黑粒了表面上的多芳族氢等，它们在混炼时，机械作用使炭黑粒子能够与大分子链段的自由基结合，生成不溶性的结合橡胶提高了补强效果。
为了进—步说明这个现象，曾对大分子链进行接枝炭黑实验，即将炭黑粒子化学嫁接于橡胶大分子结构上。结果表明，含有接枝炭黑的硫化橡胶和一般混炼加入炭黑的硫化橡胶都有较高的抗张强度。这说明，一般机械混炼时能够发生类似接枝炭黑的化学作用，没有经过机械作用的橡胶强度较低。但含有接枝炭黑的橡胶再经混炼，不会再发生化学结合作用，却能发生分子链断裂或接枝降解，反而使强度下降。由此可见，还不能排除填料粒子补强的化学作用。关于橡胶和填料粒子的补强作用，应认为随两者性质的不同，在它们之间的界面上，存在着不同程度的物理或化学作用，或者物理和化学作用。
第六节矿质及纤维填料
矿质填料指炭黑以外的一些无机粒状物质。由于这些物质多呈白色，故称白色填料。它们对橡胶虽也有一定的补强性，但使用的主要目的是为了改善加工性能，降低成本，所以也称为填充剂。某些具有优越补强作用的白色填料，如白炭黑等可专作补强剂。
纤维填料主要是指某些合成纤维、人造丝、玻璃纤维、石棉纤维以及近年出现的碳纤维、短纤维，它们填入橡胶中表现出较好的补强作用。
填料按不同方法分类如下：
一、矿质填料
无机矿物填料按化学组成可以进一步分为很多类，见下表
（一）矿质填料的分类
白炭黑有两种分类法。
第一种按制法及组成分类，分为二氧化硅类(包括气相法和沉淀法)和硅酸盐类(包括硅酸铝和硅酸钙)。
1957年前，硅酸盐类白炭黑占主要地位，后来惭被二氧化硅白炭黑取代。目前二氧化硅类占主要地位，其中气相法的补强性好，但价格贵，所以它的产量仅占沉淀法的十分之一左右。
第二种按BET比表面积分类。对沉淀法白炭黑提出六个等级的比表面积。
1、白炭黑分类
2、碳酸钙的分类
目前世界上所生产的碳酸钙品种规格有50余种。其生产方法基本上有两种，一种是机械粉碎碳酸钙矿物(大理石、石灰石、贝壳等)的方法生产重质碳酸钙。这种碳酸钙一般粒径较大，平均在44?m以上，粒径分布宽，粒子形状不规则。另一种是用化学方法生产的轻质碳酸钙。因为具体的制法是向石灰乳中通CO2生成碳酸钙沉淀，故也叫沉淀法碳酸钙。这种碳酸钙粒径小，平均粒径在数微米以下，粒径分布较重质的窄。一般沉淀法的碳酸钙粒子形状呈纺锤形。近来在化学方法方面又发展了新的方法，能生产出粒径比一般轻质碳酸钙要小得多的粒子，其粒子形状为链锁状、针状、立方状等。这些碳酸钙往往都属于超细碳酸钙。
为了改进碳酸钙在橡胶、塑料中的使用性能，对一些品种进行表面处理。为适应这种较为复杂的形势，“全国碳酸钙行业科学技术顾问组”建议采用三位数码分类命名体系。
3、陶土的分类
陶土一般分软质(比表面积在8m2/g以上)和硬质(比表面积在8m2/g以上)两种。
其他各种无机填料按各自化学组成、制法、粒子粗细、甚至按产地分类。
（二）矿质填料的化学组成及一次结构
绝大多数的矿质填料是粉状。粉体是无数微小粒子的聚合体。粉体的最小结构单元是一次结构或称原始粒子。一次结构是极其微小的固体粒子。这些微小粒子的尺寸、形状、表面对填充橡胶性能有着十分重要的影响。粉体的宏观性质既有固体特性，又有流体特性，见右图一次结构即原始粒子间普遍存在范德华力的作用，有时也有氢键作用，所以粒子间能产生凝聚，也有人称凝聚体为二次结构。这种二次结构内部粒子间是非化学键合的，所以在机械力作用下易被解体，但无机填料粒子间的凝聚力往往较它们与橡胶间的亲和力强，混炼加工的机械作用较难把它们分开。一些凝聚的颗粒还可以进一步产生絮聚。絮聚体在加工过程中比凝聚体还容易被解体，可被微弱的剪切力打开。
只有填料的一次结构才能真正反映出粉体填料的固有特性：因此要了解填料就必须了解填料的一次结构。
粉体填料一次结构的微小固体粒子可能是结晶固体、多晶固体、无定形固体。具有同样化学组成的，也可能因是否结晶、以及晶型不同而成为不同的填料。
1、白炭黑的一次结构
现在的白炭黑主要是二氧化硅类的，所以在此以它为主讨论白炭黑的一次结构。
白炭黑的一次结构和炭黑类似，是链枝状聚集体，但白炭黑是无定形的，聚集体由互相之间化学结合的粒子构成，粒子的化学成分是二氧化硅。粒子中硅原子周围有4个氧原子配位，而每个氧原子有2个硅原子配位。
白炭黑由于制法不同，粒子结构不同，沉淀法白炭黑粒子内部有无规则的二元线型结构，因而有毛细孔内表面。气相法的粒子内部为无规则的三元体型结构，呈紧密填满状态。两种白炭黑的粒子结构模型见下图。
白炭黑的聚集体由粒子化学熔结而形成的链枝状物。VN3沉淀法白炭黑的聚集体电镜照片见右图。
2、碳酸盐类的一次结构
碳酸钙是这类填料里最重要的一个品种。碳酸钙是由Ca2+离子和CO32-离子静电结合的离子型结晶体，有两种晶型。一种是菱面体型晶体(方解石)，另一种为斜方晶体(文石)．
碳酸钙一次结构的形状也就是粒子的形状，因生成条件不同而异。有纺锤形的一般轻质碳酸钙，有链锁状、针状、立方形等超细碳酸钙，还有形状不规则的机械粉碎的重质碳酸钙。纺锤状及链锁状碳酸钙一次结构粒子形状及尺寸范围。
3、硅酸盐类的一次结构
陶土是硅酸盐类填料中应用量最大的典型代表。
陶土主要来源于高岭土，它是由于岩石风化物经过风选、漂选、沉淀等加工过程制得的。其主要成分为硅酸铝，属离子型的层状结晶，如图所示。陶土的粒子往往呈现出六角形片状。粒子尺寸比较大，通常有两种，硬质陶土平均粒径较小，2?m以下的占80％以上。软质陶土平均粒径较大，在2?m以下的约占50％。
（三）矿质填料的表面
1、白炭黑表面及基团
（1）白炭黑的表面基团
白炭黑表面上有羟基、硅氧烷基。白炭黑表面模型如图所示。经过红外光谱分析研究已查明
有以下三种羟基。
相邻羟基(在相邻的硅原子上)，它对极性物质的吸附作用十分重要；隔离羟基，主要存在于脱除水分的白炭黑表面上。这种羟基的含量，气相法白炭黑比沉淀法的要多，在升高温度时不易脱除；双羟基，在一个硅原子上连有两个羧基。白炭黑表面的不同羟基以及吸附了水的羟基、被吸附到白炭黑表面上水中的羟基，它们的红外吸收峰有所不同，可以用红外光谱进行检测
（2）白炭黑表面羟基的化学反应
白炭黑表面羟基为硅醇基，具有醇的性质。表面上还有硅氧烷基，表面的反应包括：失水及水解反应、与酰氯反应、与活泼氢反应、形成氢键等。
a 表面失水及水解反应加热白炭黑会放出水分，随温度升高，放出水分数量增加。在150~200℃之前，放出水最多，200℃以后趋向平缓，有明显的转折点，见下图。折点以前主要是吸附水脱附，折点后是表面羟基缩水反应。DSC曲线也有相同现象，见下图。
若将不同温度下达到失重平衡的白炭黑暴露于水蒸气中，能重新发生水合作用。随着温度升高，重新水合作用下降，见右图。
对这一现象解释为，在200℃以前是吸附水的脱附及吸附，为可逆的物理过程。在200~500℃中等温度下缩合失水的硅氧键有内应力，这种键易于重新可逆水合，生成结合羟基。在更高的温度下失水生成硅氧键构成的无内应力的环，这种环不易发生重新水合作用。其作用机理见如下说明。
白炭黑存放过程中，接触水蒸气，表面羟基浓度会加，其中相邻羟基增多，隔离羟基基本不变。Yonny认为这是因为在制造白炭黑过程中即形成了部分应力环，也有部分非应力环。应力环水解形成相邻经基，非应力环不易水解。
b 表面羟基化学反应
表面羟基为硅醇基，与醇有类似性。某些反应是白炭黑化学改性的基础。其反应如下：与含羟基化合物发生缩水反应
与亚磺酰氯反应
硅氯键可发生Friedel-Crafts反应
与碳酰氯反应
与环氧化合物发生反应
直接与格林试剂及四氢铝锂等发生活泼氢反应，可用这种方法测白炭黑表面的羟基浓度。（3）白炭黑表面的吸附作用
（4）白炭黑表面的酸碱性
白炭黑表面有吸附性，特别是对含N、O等低分子有机物有强烈的吸附。
白炭黑的水悬浮液中pH值，气相法的一般为4-6，沉淀法的为6-8。
2、陶土的表面及基团
陶土的化学组成是硅酸铝，层状结晶，易形成六角板状粒子。在六角板的八个面上均有羟基，各侧面上的羟基红外光谱吸收带略有差异，见下图。当混入橡胶后，其红外光谱六角侧面的3770处峰明显减弱，在底面上的、层间的、层内的羟基吸收峰基本上未减弱，这说明橡胶主要与侧面的羧基起作用。
（四）白炭黑的补强作用机理
白炭黑对橡胶有优越的补强作用，但补强机理还研究得不够深入，尚不能得出恰当的结论，白炭黑的补强作用有以下的论点。
有人从硅原子结构出发，分析硅氧化学键的性质，进而确定其补强作用。如认为正常状态下硅原子核外电子层存在有K、L和M层的3s2、3p2的电子分布，还存在有五向直交电子云的3d轨道，使白炭黑的三维结构(SiO2)x中的π电子云出现明显的变形，产生很大范围
的π键性质，使结构中一些Si-O键产生双键性质。因此，白炭黑粒子表面有较大的活性，易于与橡胶大分子发生作用，产生补强效果。
此外，也有人认为白炭黑粒子结构呈无定形状态，在白炭黑粒子表面上能够形成静电场，进而产生诱导效应，使大分子双键发生极化作用并开裂，生成正负电荷，促使大分子发生交联，因而表现出补强效果。
二、纤维填料
对某些要求有良好动态性能和高定伸强度的硫化橡胶来说，采用纤维填料能获得良好效果。纤维材料在橡胶中的补强效果除与纤维性质、形状、尺寸及分散状态有关外，纤维材料与橡胶的结合力也是重要的因素。若两者有强的结合力，则会显著地提高纤维填料的补强效果；反之，在不大的伸长变形下，就会很快使硫化橡胶定伸强度下降。所以，在填充纤维的橡胶中，提高橡胶与纤维填料的粘合作用，是发挥纤维填料补强效果的关键。实验证明，采取浸渍方法，事先在纤维表面上浸渍一层能与橡胶结合的表面活性物质，能表现出良好的效果。所用的浸渍溶液可以是环氧树脂水溶液、列克纳溶液或间苯二酚甲醛树脂溶液和丁腈胶乳等，补强效果如下表所列。
此外，采取在橡胶中加入粘合剂类物质也可提高两者的结合力。如在胶料中加入“间、甲、白”(HRH)体系粘合剂，有良好的效果。如图所示是加有HRH体系粘合剂后对橡胶补强性的影响。从图看出，含有粘合剂的纤维填充硫化橡胶有较高的定伸强度。
填充纤维的长度或粗度对补强作用有明显的影响。填充短纤维的长度一般为5毫米左右，也可更短些。石棉纤维，最细时可达0.02微米。实验表明，纤维的长径比(L/D)为20~30时补强效果较好。下表是天然橡胶中填充12体积份数的三种短纤维，并加入HRH体系粘合剂的硫化橡胶物性与填充27体积份数快压出炉法炭黑硫化橡胶的比较。结果表明，填充纤维硫化橡胶较炭黑硫化橡胶的定伸强度高。玻璃纤维和石棉纤维也有较好的补强作用。这与它们的刚度有关。此外，填充纤维硫化胶的回弹性高，生热低，永久变形小，具有良好的动态性能，并有低比重、低硬度等优点。
近年出现的碳纤维亦被用作橡胶制品补强填料及骨架材料，表现出优良的特性。碳纤维是将—些有机纤维经过炭化制得的，如聚丙烯炭纤维、粘胶人造丝纤维、聚酯以及聚酰胺纤维等，在惰性气体中，于1000~1500℃下加热，使纤维中碳元素以外的组分燃烧炭化制成。碳纤维有很高的强度和弹性模量、以及低的伸长率，因而适用于橡胶复合材料中的补强骨架材料。由于应用碳纤维织物做骨架的橡胶制品具有低伸长变形率、低疲劳性以及耐热性等性能，故适用于制造胶带、胶管以及耐热和导电性橡胶制品。
右图所示是橡胶和碳纤维织物复合材料的强伸特性。从图可见，复合材料强伸特性近似于碳纤维织物的特性。
此外，在橡胶中填充短碳纤维填料，能够显著改善橡胶制品的耐热性、耐腐蚀性和耐压缩变形性。如在氟橡胶中填充短碳纤维15~20份，对提高硫化胶耐热性、耐腐蚀性和减少压缩变形性，就均较填充炭黑更为优越。实验也表明，短碳纤维长度5毫米、粗度10~12微米有较好的补强效果。填充碳纤维也能明显地提高硫化胶的导电性能，有效地防止橡胶制品带静电现象。橡胶制品的电阻率随碳纤维填加量的增加而下降，并且填充碳纤维长度越长，电阻率下降也越大。
下表的结果就表明，填充碳纤维的硫化胶明显地提高了定伸强度，压缩变形小，但对抗张强度影响不大。
三、矿质填料的表面活化及偶联剂
为了改善白色矿质填料在橡胶中的分散性，提高填料的补强作用，较为有效的方法是利用表面处理剂先行处理填料粒子，提高粒子表面活性。这种经过处理的填科称为活化填料，它改善了在橡胶中的分散性和与橡胶的亲和性。近年来又出现添加偶联剂的方法，效果更好。
（一）矿质填料的表面活化
采用表面处理剂方法处理填料粒子有较好的效果，常用的表面处理剂主要是一些表面活性物质，如脂肪酸、树脂酸、胺类化合物等。矿质填料粒子经处理后，由于粒子表面吸附一层表面活性物质，所以提高了矿质填料的活性。
下表是碳酸钙用脂肪酸表面处理剂处理前后对天然橡胶硫化胶韧性的影响。
各种碳酸钙进行表面处理前后的补强效果如图所示。在丁苯橡胶中，经过处理的细粒子碳酸钙比未经表面处理的碳酸钙有明显的补强效果。但在天然橡胶中，两者的补强性差别不大。第四章：填充补强
（二）矿质填料用的偶联剂
近年来，开展了采用偶联剂物质改善白色填料粒子活性的研究，其个应用最有效的是硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的通式为R-Si-X3，R为乙烯基、胺基、硫醇基、环氧基等。X为烷氧基。在硅烷偶联剂分子中，由于有两个不同性质的官能团，硫化反应时，R基团可以和橡胶大分子发生化学结合，X基团能够与含有硅醇基团的填料粒子结合。通过这种偶联剂作用，使大分于与填料粒子结合起来并可形成网状结构，因而提高了白色填料的补强性。
不同R基团的偶联剂有如下的化学结构：
使用硅烷偶联剂的方法，一种是采用偶联剂物质事先对填料粒子进行表面化学改性处理，制备表面活化的填料，再混入胶料之中。另一种是将偶联剂与填料同时混入橡胶中。两者都是经过硫化、通过偶联剂分子，将填料粒子与橡胶分子结合起来的，因而提高了补强效果。
例如白炭黑等白色填料，用硫基丙基三甲氧基硅烷进行处理，使其水解后生成的羟基结合于白炭黑表面上。另一端的硫基，在硫化过程中与大分子发生如下反应过程。
1、硅烷偶联剂分子水解
2、硅烷偶联剂与白炭黑粒子表面反应
3、粒子表面活化的白炭黑与橡胶大分子在硫化过程中的反应
此外，偶联剂与填料同时混炼于橡胶之中后，在硫化过程中填料粒子与橡胶分子通过偶联剂分子联结起来，有下列反应过程：
由于R基团与橡胶大分子有不同的化学反应情况，所以，应根据橡胶种类，选择不同R基团的偶联剂。对于多数硫黄硫化体系的橡胶来说，硫基硅烷偶联剂效果较好。对采用过氧化物的硫化体系，乙烯基和甲基丙烯基较为有效。而对聚氨基甲酸酯橡胶，胺基和环氧基硅烷较有效。硫基硅烷对用白炭黑填充的丁苯橡胶来说，可显著改善白炭黑的补强效果。
下表是硅酸填充剂在用偶联剂处理的前后，对丁苯橡胶的补强作用有较大的影响。
偶联剂加入配方中做为硅酸填充剂的改性剂，大都能够表现出良好的改性效果。下表是各种偶联剂对丁苯橡胶物性的影响。
在有偶联剂时，于三元乙丙橡胶中填充陶土可明显提高补强性，如下表所示。
在氯丁橡胶、丁腈橡胶及聚氨基甲酸脂橡胶中填加硅烷偶联剂都会显著提高白炭黑的补强效果。橡胶工业中，为扩大白色填料的应用范围，提高白色填料的补强性是非常必要的，因而研究和应用偶联剂就更显得重要。
橡胶补强填充剂概览
橡胶补强填充剂概览 0 前言 用炭黑作为补强材料，已经伴随着橡胶工业，特别是轮胎工业经历了一个多世纪。近年来，聚合物复合材料的蓬勃发展和橡胶原材料市场的剧烈竞争，以及人们对浅色橡胶制品花色品种不断提升的需求，促使填充剂的使用范围日益扩大，发展极其迅速。因此，增加填充剂的品种和来源，控制填充剂的质量，提高 填充剂的性能，具有非常重要的意义。 1 概述 1.1 炭黑 炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。炭黑最主要的用途是用于制造轮胎及各种橡胶制品。全球炭黑约有70%用于轮胎，20%用于其他橡胶制品，其余不到10%用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。而在橡胶制品的分额中，一半用于制造汽车零部件，如V带和减震橡胶等。因此，大约有80%的炭黑是消耗在汽 车工业上的。 从总体上讲，世界炭黑工业已进入成熟期，其生产技术主要朝着单炉能力/规模、炭黑产品专用化、综合节能降耗和环保安全等几个方向发展。 (1)高性能和低滞后损失炭黑 为了适应轮胎产品的发展，特别是高性能轮胎和绿色轮胎的需求，国外各大炭黑公司开发了许多高性能和低滞后损失炭黑新品种。所谓高性能炭黑，其共同的特征是：粒径小、结构适宜、聚集体分布尺寸较窄、表面活性高。而低滞后损失炭黑共同的特征是：结构高、聚集体尺寸分布较宽、表面活性高。其中，有些开发较早的品种，如N134和N358已经纳入ASTMD1765标准，并已被轮胎厂广泛采用。近几年研究开发的新品种，既未纳入ASTM标准，也未公布其化学指标，只有部分产品在生产厂家的产品目录中，可以看到其应用性能方面的说明，这些 新品种目前正在推广应用。 (2)纳米结构炭黑 低滞后损失炭黑是开发的重点，这是由炭黑的下游产业——轮胎工业开发“绿色轮胎”的发展趋势所决定的。只要炭黑企业和轮胎企业紧密合作，低滞后 损失炭黑将进入规模化应用阶段。 纳米级炭黑用经过改进的炉法工艺制造。与传统的ASTM炭黑相比，纳米级炭黑具有更高的表面粗糙度和更大的表面活性。较大表面活性主要与高度无序交联的较小结晶粒子有关。这种结晶粒子具有大量的棱边，使其成为具有特别高表面能的活性场，活性场会使炭黑与聚合物之间产生很强的机械/物理化学作用。提高填充剂与聚合物的相互作用可降低动态变形下的滞后损失和生热。填充52份ASTMN356炭黑和相应的E-1670纳米级炭黑的载重汽车轮胎天然橡胶胎面胶可大幅度降低滞后损失和生热，从而降低滚动阻力。由于纳米级炭黑的DBP值较低， 所以，硫化胶的300%定伸应力稍低。 (3)导电炭黑
弗兰克赫兹实验报告-有数据
弗兰克赫兹实验报告-有数据
弗兰克赫兹实验 作者 luckydog8686 实验背景：1914年，德国物理学家夫兰克和赫兹对勒纳用来测量电离电位的实验装置作了改进。他们采取慢电子(几个到几十个电子伏特)与单元素气体原子碰撞的办法，着重观察碰撞后电子发生什么变化(勒纳则观察碰撞后离子流的情况)。通过实验测量，电子和原子碰撞时会交换某一定值的能量，且可以使原子从低能级激发到高能级，独立证明了原子波尔理论的正确性，由此获得了1925年诺贝尔物理学奖。 一、实验目的 1.通过测定汞原子的第一激发点位，证明原子能记得存在。 2.学习测量微电流的方法。 二、实验原理 （一）原子能级 根据玻尔理论，原子只能处在一些不连续的定态中，每一定态相应于一定的能量，常称为能级。受激原子在能级间跃迁时，要吸收或发射一定频 率的光子。然而，原子若与具有一定 能量的电子发生碰撞，也可使原子从 低能级跃迁到高能级。夫兰克－赫兹 实验正是利用电子与原子的碰撞实现
这种跃迁的。电子在加速电压Ｕ的作用下获得能量，表现为电子的动能2 /2mv ，当2 /2n m eU mv E E ==-时，即可实现跃迁。若原子吸收能量0eU 。从基态跃迁到第一激发态，则称0 U 为第一激发电位或中肯电位。 汞原子基态之上的最低一组能级如右图所示。汞原子基态为由二个6s 电子组成的1 S ，较近的激发态为由一个6s 电子和一个6p 的电子构成的11P 单能级和32P ， 3 1 P 和30P 组成的三能级。只有31P 为允许自发跃迁态：31 10 P S →,发出波长为253.7nm 的紫外光，对应能量为0 4.9U eV =。32P 和3 P 为亚稳态，因3110P S →的跃迁属于禁戒跃迁，所以通常把3 1 P 态称为汞的第一激发态。 （二）原理说明 实验原理图如图2和图3所示，充汞的夫兰克 -赫兹管，其阴极K 被灯丝H 加热，发射电子。电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流A I 。 图3
橡胶用填料简介
最常用的就是炭黑了,具有补强和填充做用,还有很多材料都在做补强的同时也可以降低成本做填充料,更多详细资料建议你到talktpe 橡塑弹性体论坛内有专业免费的资料和团队为你服务 1.1 炭黑 炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。炭黑最主要的用途是用于制造轮胎及各种橡胶制品。全球炭黑约有70%用于轮胎，20%用于其他橡胶制品，其余不到10%用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。而在橡胶制品的分额中，一半用于制造汽车零部件，如V带和减震橡胶等。因此，大约有80%的炭黑是消耗在汽车工业上的。 从总体上讲，世界炭黑工业已进入成熟期，其生产技术主要朝着单炉能力/规模、炭黑产品专用化、综合节能降耗和环保安全等几个方向发展。 (1)高性能和低滞后损失炭黑 为了适应轮胎产品的发展，特别是高性能轮胎和绿色轮胎的需求，国外各大炭黑公司开发了许多高性能和低滞后损失炭黑新品种。所谓高性能炭黑，其共同的特征是：粒径小、结构适宜、聚集体分布尺寸较窄、表面活性高。而低滞后损失炭黑共同的特征是：结构高、聚集体尺寸分布较宽、表面活性高。其中，有些开发较早的品种，如N134和N358已经纳入ASTMD1765标准，并已被轮胎厂广泛采用。近几年研究开发的新品种，既未纳入ASTM标准，也未公布其化学指标，只有部分产品在生产厂家的产品目录中，可以看到其应用性能方面的说明，这些新品种目前正在推广应用。 (2)纳米结构炭黑 低滞后损失炭黑是开发的重点，这是由炭黑的下游产业——轮胎工业开发“绿色轮胎”的发展趋势所决定的。只要炭黑企业和轮胎企业紧密合作，低滞后损失炭黑将进入规模化应用阶段。 纳米级炭黑用经过改进的炉法工艺制造。与传统的ASTM炭黑相比，纳米级炭黑具有更高的表面粗糙度和更大的表面活性。较大表面活性主要与高度无序交联的较小结晶粒子有关。这种结晶粒子具有大量的棱边，使其成为具有特别高表面能的活性场，活性场会使炭黑与聚合物之间产生很强的机械/物理化学作用。提高填充剂与聚合物的相互作用可降低动态变形下的滞后损失和生热。填充52份ASTMN356炭黑和相应的E-1670纳米级炭黑的载重汽车轮胎天然橡胶胎面胶可大幅度降低滞后损失和生热，从而降低滚动阻力。由于纳米级炭黑的DBP 值较低，所以，硫化胶的300%定伸应力稍低。 (3)导电炭黑 由于导电/静电特性是众多橡胶制品所要求的基本性能，因此，导电炭黑的开发前景不容忽视。导电炭黑的开发主要沿橡胶用导电炭黑和塑料用导电炭黑两大系列方向发展。 (4)色素炭黑
弗兰克赫兹实验
弗兰克－赫兹实验 1．实验目的 （1）用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在； （2）练习使用微机控制的实验数据采集系统。 2．实验原理 根据玻尔的原子模型理论，原子是由原子核和以核为中心沿各种不同轨道运动的一些电子构成的。对于不同的原子，这些轨道上的电子束分布各不相同。一定轨道上的电子具有一定的能量。当同一原子的电子从低能量的轨道跃迁到较高能量的轨道时，原子就处于受激状态。若轨道1为正常态，则较高能量的2和3依次称为第一受激态和第二受激态，等等。但是原子所处能量状态并不是任意的，而是受到玻尔理论的两个基本假设的制约： （1）定态假设。原子只能处在稳定状态中，其中每一状态相应于一定的能量值Ei （i ＝1，2，3，…），这些能量值是彼此分立的，不连续的。 （2）频率定则。当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，就吸收或放出一定频率的电磁辐射。频率的大小取决于原子所处两定态之间的能量差，并满足如下关系： n m h E E ν=- 其中34 6.6310 h J s -=??称作普朗克常数。 原子状态的改变通常在两种情况下发生，一是当原子本身吸收或放出电磁辐射时，二是当原子与其他粒子发生碰撞而交换能量时。本实验就是利用具有一定能量的电子与汞原子相碰撞而发生能量交换来实现汞原子状态的改变。 由玻尔理论可知，处于基态的原子发生状态改变时，其所需能量不能小于该原子从基态跃迁到第一受激态时所需的能量，这个能量称作临界能量。当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞；若电子能量大于临界能量，则发生非弹性碰撞。这时，电子给予原子以跃迁到第一受激态时所需要的能量，其余能量仍由电子保留。 一般情况下，原子在受激态所处的时间不会太长，短时间后会回到基态，并以电磁辐射的形式释放出所获得的能量。其频率υ满足下式 g h eU ν= 式中g U 为汞原子的第一激发电位。所以当电子的能量等于或大于第一激发能时，原子就开始发光。 弗兰克－赫兹实验的原理可用图 来说明。其中弗兰克－赫兹管是一个具有双栅极结构的柱面型充汞四极管。第一栅极1G 的作用主要是消除空间电荷对阴极电子发射的影响提高发射效率。第一栅极1G 与阴极K 之间的电位差由电源G U 提供。电源f U 加热灯丝FF ，使旁热式阴极K 被加热，从而产生慢电子。扫描电源a U 加在栅极2G 和阴极K 之间，建立一个加速场，使得从阴极发出的电子被加速，穿过管内汞蒸汽朝栅极2G 运动。由于阴极到栅极2G 之间的距离比较大，在适当的汞蒸气压下，这些电子与汞原子可以发生多次碰撞。电源R U 在栅极2G 和极板P 之间建立一拒斥场，到达2G 附近而能量小于R eU 的电子不能到达极板。极板电路中的电流强度P I 用微电流放大器A 来测量，其值大小反映了从阴极到达极板的电子数。实验中保持R U 和G U 不变，直接测量极板电流P I 随加速电压a U 变化的关系。 加速电压a U 刚开始升高时，板极电流也随之升高，直到加速电压a U 等于或稍大于汞原子的第一激发电位，这时在栅极2G 附近电子与汞原子发生非弹性碰撞，把几乎全部的能量交给汞原子，使汞原子激发。这些损失了能量的电子不能越过R U 产生的拒斥场，到达板极的电子数减少，所以电流开始下降，继续增加a U ，电子在与汞原子碰撞后还能在到达2G 前被加
实验七 弗兰克 赫兹实验
实验七弗兰克—赫兹实验 1913年，丹麦物理学家玻尔(N.Bohr)在卢瑟福原子核式模型的基础上，结合普朗克的量子理论提出了原子能级的概念并建立了原子模型理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状光谱现象，成为原子物理学发展史上的一个重要里程碑。在玻尔原子结构理论发表的第二年，弗兰克(J.Frank)和赫兹(G .Hertz)在研究汞放电管的气体放电现象时，发现透过汞蒸气的电子流随电子能量呈现周期性的变化，同年又观察到汞光谱线253.7nm 的发射光谱。1920年，弗兰克他们改进了装置，测得了汞原子的亚稳能级和较高的激发能级，进一步证明了原子内部量子化能级的存在，以及原子发生跃迁时吸收和发射的能量是完全确定的、不连续的，给玻尔的原子理论提供了直接的而且是独立于光谱研究方法的实验证据。弗兰克和赫兹由于他们在实验上的卓越成就，共同获得了1925年的诺贝尔物理学奖。弗兰克—赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。 一、实验目的 1．通过测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在，了解弗兰克和赫兹研究原子内部结构的基本思想和方法。 2．了解电子与原子碰撞和能量交换的微观图象以及影响这个过程的主要物理因素。 二、实验仪器 FD-FH-1型弗兰克—赫兹仪、双踪示波器。 三、实验原理 玻尔的原子模型指出：原子是由原子核和核外电子组成的。原子核位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动。对于不同的原子，在轨道上运动的电子分布各不相同。 在一定轨道上运动的电子，具有对应的能量。当一个原子内的电子从低能量的轨道跃迁到较高能量的轨道时，该原子就处于一种受激状态。如图35-l 所示，若轨道Ⅰ上为正常状态，则电子从轨道Ⅰ跃迁到轨道Ⅱ时，该原子处于第一激发态；若电子跃迁到轨道Ⅲ，原子处于第二激发态。图中，E 1、E 2、E 3分别是与轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相对应的能量。当原子状态改变时，伴随着能量的变化。若原子从低能级E n 态跃迁到高能级E m 态，则原子需吸收一定的能量△E m n E E E ?=-(35-1)
橡胶补强填充剂
橡胶补强剂也可以叫做橡胶补强填充剂，是一种能提高橡胶制品强度的配合剂，用以提高橡胶制品强度的物质，加入生橡胶经硫化后，能增加硫化橡胶的拉伸强度、硬度、耐磨耗和耐屈挠等性能。下面由橡胶补强填充剂厂家恒力特新材料为您介绍下它的主要作用，希望对您有所帮助。 橡胶补强剂具有化学物理性质稳定、硬度高、耐酸碱、耐高温、介电性能优异等特点，广泛应用于橡胶、硅橡胶、油漆、涂料、陶瓷、胶黏剂、电焊条、电工绝缘材料等多种行业和制品中。 目前该产品已经成熟运用于橡胶、塑料、油漆、涂料及胶黏剂等行业和制品中，并取得良好的使用效果。该产品能够明显增强对橡胶或塑料制品的补强效果。根据有关部门的检测证明：该产品对橡胶制
品具有一定的补强作用，可以部分代替白炭黑。 这样在橡胶制品的胶料配方中就可以完全替代其他传统无机填充剂(如陶土、普通硅粉、碳钙等)，兼作橡胶补强剂和填充剂，从而减少胶料配方中炭黑等高价原材料的用量，降低橡胶制品的生产成本，并且可使制成品性能得以改善和提高。 恒力特新材料是集科技研发、生产、销售为一体的高新技术企业，是国内和华东地区橡胶助剂骨干企业，恒力特牌橡胶防老剂 8PPD-35、BLE、BLE-W、BLE-C、SP、SP-C、AW、DFC-34等系列，抗疲劳剂PL-600、橡胶耐磨剂SL-A、橡胶助剂EVR、抗热氧 剂RW、阻燃剂、橡胶粘合剂HLT-301、HLT-501系列，橡胶促进剂DTDM、DBM系列，橡胶补强剂FH、FHT系列，都得到了轮胎、胶带、胶管及橡胶制品企业的认可。 公司坐落在安徽阜阳颍州经济开发区，生产工艺先进，检测仪器
齐全，产品性能稳定，本着“和谐、诚信、奋进”的企业精神，遵循以“过硬的产品、更好的服务”为宗旨，以更好的性价比为橡胶制品行业提供更多、更优的选择。如果您想进一步了解，可以直接点击官网恒力特新材料进行在线咨询。
弗兰克赫兹实验报告记录有数据
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图1 弗兰克赫兹实验 作者 luckydog8686 实验背景：1914年，德国物理学家夫兰克和赫兹对勒纳用来测量电离电位的实验装置作了改进。他们采 取慢电子(几个到几十个电子伏特)与单元素气体原子碰撞的办法，着重观察碰撞后电子发生什么变化(勒纳则观察碰撞后离子流的情况)。通过实验测量，电子和原子碰撞时会交换某一定值的能量，且可以使原子从低能级激发到高能级，独立证明了原子波尔理论的正确性，由此获得了1925年诺贝尔物理学奖。 一、实验目的 1. 通过测定汞原子的第一激发点位，证明原子能记得存在。 2. 学习测量微电流的方法。 二、实验原理 （一）原子能级 根据玻尔理论，原子只能处在一些不连续的定态中，每一定态相应于一定的能量，常称为能级。受激原子在能级间跃迁时，要吸收或发射一定频率的光子。然而，原子若与具有一定能量的电子发生碰撞，也可使原子从低能级跃迁到高能级。夫兰克－赫兹实验正是利用电子与原子的碰撞实现这种跃迁的。电子在 加速电压Ｕ的作用下获得能量，表现为电子的动能2 /2mv ，当2/2n m eU mv E E ==-时，即可实现跃迁。 若原子吸收能量0eU 。从基态跃迁到第一激发态，则称0U 为第一激发电位或中肯电位。 汞原子基态之上的最低一组能级如右图所示。汞原子基态为由二个 6s 电子组成的1 0S ，较近的激发态为由一个6s 电子和一个6p 的电子构成的11P 单能级和32P ， 31P 和30P 组成的三能级。只有31P 为允许自发跃迁态：3110P S →,发出波长为253.7nm 的紫外光，对应能量为 0 4.9U eV =。32P 和30P 为亚稳态，因3110P S →的跃迁属于禁戒跃迁， 所以通常把3 1P 态称为汞的第一激发态。
【精品】橡胶工艺原理讲稿_第三章_补强与填充体系
第三章补强与填充体系 §3-1绪论 填料是橡胶工业的主要原料之一,它能赋予橡胶许多优异的性能。例如，大幅度提高橡胶的力学性能,使橡胶具有磁性、导电性、阻燃性、彩色等特殊的性能，赋予橡胶良好的加工性能，降低成本等。 一．何谓补强与填充？ 补强:在橡胶中加入一种物质后,使硫化胶的耐磨性、抗撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能获得较大提高的行为。凡具有这种作用的物质称为补强剂。 填充：在橡胶中加入一种物质后，能够提高橡胶的体积，降低橡胶制品的成本，改善加工工艺性能，而又不明显影响橡胶制品性能的行为。凡具有这种能力的物质称之为填充剂。 二．填料的分类 填料的品种繁多，分类方法不一.填料按不同方法分类如下： (1）按作用分 补强剂:炭黑、白炭黑、某些超细无机填料等。
填充剂:陶土、碳酸钙、胶粉、木粉等。 （2）按来源分 有机填充剂:炭黑、果壳粉、软木粉、木质素、煤粉、树脂等。 无机填充剂:陶土、碳酸钙、硅铝炭黑等. （3）按形状分 粒状：炭黑及绝大多数无机填料。 纤维状：石棉、短纤维、碳纤维、金属晶须等. 三．橡胶补强与填充的历史与发展 橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。在Spanish时代亚马逊河流域的印第安人就懂得在胶乳中加入黑粉，当时可能是为了防止光老化。后来制作胶丝时曾用滑石粉作隔离剂。 在Hancock发明混炼机后，常在橡胶中加入陶土、碳酸钙等填料。 1904年,S.C.Mote用炭黑使橡胶的强度提高到28.7MPa,但当时并未引起足够的重视。在炭黑尚未成为有效补强剂前，人们用氧化锌作补强剂。一段时间后，人们才重视
炭黑的补强作用。 我国是世界上生产炭黑最早的国家。1864年美国开始研制炭黑。1872年世界才实现工业规模的炭黑生产。炭黑的补强性不仅使它得到广泛的应用，而且也促进了汽车工业的发展。二战前槽黑占统治地位，50年代后用炉黑代替槽黑、灯烟炭黑，炉黑生产满足了轮胎工业发展的要求。70年代在炉黑生产工艺基础上进行改进，又出现了新工艺炭黑.这种炭黑的特点是在比表面积和传统炭黑相同的条件下，耐磨性提高了5％~20％，进一步满足了子午线轮胎的要求。 美国大陆碳公司在八十年代末开发生产出低滚动阻力炭黑，即LH10、LH20、LH30等,其拉伸和耐磨性能相当于N110、N220、N330的水平，但生热低、弹性高。 德国德固萨公司也开发出新一代低滚动阻力炭黑,称之为“转化炭黑”
弗兰克-赫兹实验教案
弗兰克-赫兹实验 1．了解电子与原子之间的弹性碰撞和非弹性碰撞。 教学目的 2．观察实验现象，加深对玻尔原子理论的理解。 3．由绘制的I P-V G2曲线求出氩原子的第一激发电势。 重难点 1．玻尔原子理论的理解； 2．求氩原子的第一激发电势。 教学方法讲授、实验、讨论。 学时 3个学时 一、前言 弗兰克-赫兹实验是1914年由德国物理学家弗兰克和赫兹设计完成的。该实验研究电子与原子碰撞前后能量的变化，能观测到氩原子的激发电势和电离电势，可以证明原子能级的存在，为波尔的原子结构理论假说提供有力的实验证据。该实验的方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。 二、实验仪器 F-H实验装置、示波器。 三、实验原理 玻尔的原子模型指出：原子是由原子核和核外电子组成的。原子核位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动。对于不同的原子，在轨道上运动的电子分布各不相同。 图1原子结构示意图 在一定轨道上运动的电子，具有对应的能量。当一个原子内的电子从低能量的轨道跃迁到较高能
量的轨道时，该原子就处于一种受激状态。如图l所示，若轨道上为正常状态，则电子从轨道Ⅰ跃迁到轨道Ⅱ时，该原子处于第一激发态；电子跃迁到轨道Ⅲ，原子处于第二激发态。图中，E1、E2、E3分别是与轨道l、Ⅱ、Ⅲ相对应的能量。 当原子状态改变时，伴随着能量的变化。若原子从低能级E n态跃迁到高能级E m态，则原子需吸收一定的能量△E： △E=E m-E n (1) 原子状态的改变通常有两种方法：一是原子吸收或放出电磁辐射；二是原子与其他粒子发生碰撞而交换能量。本实验利用慢电子与氩原子相碰撞，使氩原子从正常状态跃迁到第一激发态，从而证实原子能级的存在。 由玻尔理论可知，处于正常状态的原子发生状态改变时，所需能量不能小于该原子从正常状态跃迁到第一激发态所需的能量，这个能量称临界能量。当电子与原子相碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则电子与原子之间发生弹性碰撞，电子的能量几乎不损失。如果电子的能量大于临界能量，则电子与原子发生非弹性碰撞，电子把能量传递给原子，所传递的能量值恰好等于原子两个状态间的能量差，而其余的能量仍由电子保留。 电子获得能量的方法是将电子置于加速电场中加速。设加速电压为U，则经过加速后的电子具有能量eU，e是电子电量。当电压等于U g时，电子具有的能量恰好能使原子从正常状态跃迁到第一激发态．因此称U g为第一激发电势。 图2实验原理图 弗兰克一赫兹实验的实验原理图如图2所示。电子与原子的碰撞是在充满氩气的F—H管(弗兰克一赫兹管)内进行的。F-H管包括灯丝附近的阴极K，两个栅极G1、G2．板极A。第一栅极G1靠近阴极K，目的在于控制管内电子流的大小，以抵消阴极附近电子云形成的负电势的影响。当
实用橡胶工艺学复习资料大全
绪论橡胶配合加工内容 ●主要内容：原料及配合；加工工艺过程；性能测试。 ●配合系统：生胶，硫化体系，补强填充体系，防老体系，增塑及操作体 系，特种配合体系。 ●加工过程：炼胶，压延，挤出，成型，硫化。 ●塑炼：定义为降低分子量，增加塑性，改善加工性能，制成可塑性符合 要求的塑料胶。 ●混炼：定义为经过配合，将橡胶与配合剂均匀地混合和分散，制成混炼 胶。 ●门尼粘度：用门尼粘度计测量的是橡胶的本体黏度，原理是将胶料填充 在粘度计的模腔和转子之间，合模，在一定温度下（一般为100℃）预热（一般1min），令转子转动一定时间（一般4min）时测得的转矩值（N·m）。该值越大，表明胶料的黏度越大，常用ML（1+4）100℃表示。 ●门尼焦烧：这是个表明胶料焦烧时间的指标，通常是在120℃下测定（加 有硫化体系配合剂）从最低点起，上升5个门尼值的时间。这个时间越大表明胶料越不容易发生焦烧，加工越安全。 第一章生胶 分类（按来源）：天然橡胶（NR）和合成橡胶。合成橡胶又分为通用橡胶和特种橡胶。 通用橡胶：丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）、异戊橡胶（IR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（IIR）、乙丙橡胶（EPM，EPDM）. 不饱和非极性橡胶：NR、SBR、BR、IR；不饱和极性橡胶：NBR、CR；饱和非极性橡胶：EPM、EPDM、IIR； 天然橡胶（NR）主要由顺—1,4—聚异戊二烯构成，其综合性能好。 丁苯橡胶(SBR)是丁二烯和苯乙烯的共聚物，是产量最大的通用橡胶，70%用于轮胎业，根据聚合方法分为乳聚丁苯和溶聚丁苯。 苯乙烯含量对丁苯橡胶性能的影响：随着苯乙烯含量的增加，其SBR的性能向聚苯乙烯趋近。表现为Tg、模量、硬度上升，耐热老化性变好，挤出收缩率变小，挤出物表面光滑，而耐磨性下降，弹性减小。 顺丁橡胶(BR)也称聚丁二烯橡胶，弹性最好的通用橡胶，滞后损失小，生热少。 乙丙橡胶(EPM,EPDM)属于碳链饱和非极性橡胶，耐臭氧老化性和耐热老化性是通用橡胶中最好的，被誉为不龟裂的橡胶。 丁基橡胶(IIR)的分子链上有密集的侧甲基，虽然它的不饱和度很低，但实际上它表现主要是链烷烃的特征，化学性质稳定且为非极性，归属为饱和橡胶，具有良好的气密性和阻尼性（即好的吸震性）。 丁腈橡胶（NBR）丁二烯和丙烯腈的共聚物，主要采用低温乳液聚合，其耐油性好，耐非极性介质最好。 氯丁橡胶（CR）是2—氯—1,3—丁二烯的乳液聚合物，其特点是阻燃性好（CR 因含有氯原子而具有阻燃性，即不自燃，接触火焰时能燃烧，离火自熄，而BR不能自熄），耐老化性较好。 特种橡胶：一类是碳链饱和极性橡胶，一类是杂链橡胶。
弗兰克-赫兹实验实验报告
弗兰 克-赫兹实验 一实验目的 通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。 二实验原理 1激发电势 玻尔的原子能级理论 （1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。 （2）原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足 n m E E hv -=（1） 原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。 设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU ，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E 1带表汞原子的基态能量，E 2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为 120E E eU -=（2） 时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。 夫兰克-核子实验原理如图1示。 在充汞的夫兰克赫兹管中， GK 供电子加速。在板极A 和栅极G 示。当电子通过KG 空间进入GA 空间时，如果有较大的能量（≥eU AG ），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成电流，为微电流计PA 检测出。如果电子在KG 空间与汞原子碰
撞，把自己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。这时，通过微电流计的电流将显着的减小。 实验时，观察电流计的电流随U GK 逐渐增加时的现象。如果原子能级确实存在的话，而且基态与第一激发态有确定的能量差，就能观察到如图3示的I A -U GK 曲线。曲线反映了汞原子在KG 空间与电子进行能量交换的情况。当KG 空间电压逐渐增加时，电子在KG 空间被加速而取得越来越大的能量。但起始阶段，由于电压较低，电子的能量较少，即使在运动过程中它与原子碰撞也只有较少的能量交换（弹性碰撞）。穿过栅极的电子形成的板流IA 将随栅极电压的增加而增大（图中OA 段）。当KG 间的电压达到汞原子的第一激发电势U0时，电子在栅极附近与汞原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量都交给后者，并且使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身由于能量全部交给了汞原子，即使穿过了栅极也不能克服拒斥电场而被折回栅极。所以板极电流IA 将显着减小（图AB 段）。随着栅极电压的正家，电子的能量也随着增加，在与汞原子碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到板极A ，这时电流有开始上升（BC 段）。直到KG 间电压是二倍的汞原子的第一激发电势时，电子在KG 空间又会因为二次碰撞而失去能量，因而又造成了第二次板极电流的下降（CD 段），同理 0nU U GK =（n=1，2，3，……）（3） 凡符合（3）式的地方板极电流都会下跌，形成规则起伏变化的IA-UGK 曲线。而各次板极电流下降相对应的阴、栅极电压差m m U U -+1应该是汞原子的第一激发电势。 三实验仪器 FH-1A 夫兰克-赫兹实验仪（加热炉、微电流测量放大器）、温度计。 四实验内容及步骤 1、正确连接线路，A 、G 、H 、K 连线一一对应，不可混接或短路。 2、将微电流放大器，工作选择置于DC ，工作状态置于R ，栅极电压调到最小，预热5分钟。 3、接通加热炉电源，温度升至180℃时调零（10-5档位）和满度（FULL ）。 4、缓慢增加栅极电压，粗略全面观察一次IA 的起伏变化，当μA 表满度时相应的改变倍率。
橡胶补强填充剂概览
橡胶补强填充剂概览 0前言 用炭黑作为补强材料，已经伴随着橡胶工业，特别是轮胎工业经历了一个多世纪。近年来，聚合物复合材料的蓬勃发展和橡胶原材料市场的剧烈竞争，以及人们对浅色橡胶制品花色品种不断提升的需求，促使填充剂的使用范围日益扩大，发展极其迅速。因此，增加填充剂的品种和来源，控制填充剂的质量，提高 填充剂的性能，具有非常重要的意义。 1概述 1.1xx 炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。炭黑最主要的用途是用于制造轮胎及 各种橡胶制品。全球炭黑约有70%用于轮胎，20%用于其他橡胶制品，其余不到10%用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。而在橡胶制品的分额中，一半用于制造汽车零部件，如V带和减震橡胶等。因此，大约有80%的炭黑是消耗在汽车工业上的。 从总体上讲，世界炭黑工业已进入成熟期，其生产技术主要朝着单炉能力/ 规模、炭黑产品专用化、综合节能降耗和环保安全等几个方向发展。 (1) 高性能和低滞后损失xx 为了适应轮胎产品的发展，特别是高性能轮胎和绿色轮胎的需求，国外各大炭黑公司开发了许多高性能和低滞后损失炭黑新品种。所谓高性能炭黑，其共同的特征是： 粒径小、结构适宜、聚集体分布尺寸较窄、表面活性高。而低滞后损失炭黑共同的特征是： 结构高、聚集体尺寸分布较宽、表面活性高。其中，有些开发较早的品种，如N134和N358已经纳入ASTMD1765标准，并已被轮胎厂广泛采用。近几年研究开发的新品种，既未纳入ASTM标准，也未公布其化学指标，只有部分产品在生产厂家的产品
目录中，可以看到其应用性能方面的说明，这些新品种目前正在推广应用。 (2) 纳米结构xx 低滞后损失炭黑是开发的重点，这是由炭黑的下游产业一一轮胎工业开发 绿色轮胎”的发展趋势所决定的。只要炭黑企业和轮胎企业紧密合作，低滞后损失炭黑将进入规模化应用阶段。 纳米级炭黑用经过改进的炉法工艺制造。与传统的ASTM炭黑相比，纳米 级炭黑具有更高的表面粗糙度和更大的表面活性。较大表面活性主要与高度无序交联的较小结晶粒子有关。这种结晶粒子具有大量的棱边，使其成为具有特别高表面能的活性场，活性场会使炭黑与聚合物之间产生很强的机械/物理化学 作用。 提高填充剂与聚合物的相互作用可降低动态变形下的滞后损失和生热。填充52份ASTMN356炭黑和相应的E-1670纳米级炭黑的载重汽车轮胎天然橡胶胎面胶可大幅度降低滞后损失和生热，从而降低滚动阻力。由于纳米级炭黑的DBP值较低，所以，硫化胶的300%定伸应力稍低。 (3) 导电xx 由于导电/静电特性是众多橡胶制品所要求的基本性能，因此，导电炭黑的开发前景不容忽视。导电炭黑的开发主要沿橡胶用导电炭黑和塑料用导电炭黑两 大系列方向发展。 (4) 色素xx 色素炭黑开发相对稳定，塑料用炭黑开发较为活跃。 1.2xx 白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式SiO 2 nH 20。它为高度分散状的无定形粉末或絮状粉末，质轻，具有很高的电绝缘性、多孔性和吸水性。其原始颗粒粒径小于3^m,故表面积大，具有很好的补强和增粘作用以
橡胶工艺学复习思考题
《橡胶工艺学》复习思考题 绪论 1、简要说明生胶、混炼胶、硫化胶的区别和联系。 2、橡胶最典型的特征是什么？ 3、橡胶配方的基本组成包括哪些成分？各成分有何作用？ 4、橡胶基本的加工工艺过程有哪些？ 5、橡胶配合加工过程中的测试内容包括哪些？ 第一章生胶 1、写出通用橡胶的名称和英文缩写。 2、天然橡胶的分级方法有哪几种？烟片胶和标准胶各采用什么方法分级？ 3、什么是塑性保持率？有何物理意义？ 4、天然橡胶中非橡胶成分有哪些？各有什么作用？ 5、什么是自补强性？ 6、写出天然橡胶的结构式。从分子链结构分析为什么NR容易被改性，容易老化？ 7、NR最突出的物理性能有哪些？为什么NR特别适合作轮胎胶料？ 8、IR和NR在结构和性能上有什么不同？ 9、根据合成方法不同，丁苯橡胶有哪两种？ 10、轮胎胎面胶中使用丁苯橡胶主要是利用其什么特点？为什么SSBR比ESBR更适合做轮胎胎面胶料？ 11、BR最突出的性能有哪些？轮胎的胎侧使用BR是利用其什么特点/ 12、什么是冷流性？影响冷流性的因素有哪些？各是如何影响的？ 13、为什么乙丙橡胶特别适合作电线电缆的外包皮？为什么乙丙胶特别适合作户外使用的橡胶制品如各种汽车的密封条、防水卷材等？ 14、IIR最突出的性能有哪些？IIR作内胎是利用其什么特点？为什么IIR可以用作吸波材料？ 15、什么橡胶具有抗静电性？通用橡胶中耐油性最好的橡胶是什么？ 16、什么是氧指数？哪些橡胶具有阻燃性？ 17、为什么CR的耐老化、耐天候性要优于其他不饱和橡胶？ 18、耐热性、耐油性最好的橡胶是什么？什么橡胶可以耐王水的腐蚀？ 19、耐高低温性能最好的橡胶是什么？耐磨性最好的橡胶是什么？可以做水果保鲜材料的橡胶是什么？为什么硅橡胶特别适合制作航空航天器密封材料？ 20、哪些橡胶具有生理惰性，可以植入人体？ 21、通用橡胶中，哪些橡胶具有自补强性？ 22、什么是热塑性弹性体？ 23、SMR5、SCR10、SBR1502、SBR1712各表示什么橡胶？
橡胶补强剂厂家
橡胶补强剂有时也称增强剂，用以提高橡胶制品强度的物质，加入生橡胶经硫化后，能增加硫化橡胶的拉伸强度、硬度、耐磨耗和耐屈挠等性能。下面由专业生产厂家恒力特新材料为您介绍下目前橡胶补强剂的种类，希望对您有所帮助。 1、海泡石橡胶补强剂 海泡石的化学组成为氧化硅和氧化镁的水合物，含少量铝和铁氧化物。在浅色橡胶制品中用做补强剂，性能仅次子白炭黑。用硅烷处理海泡石粉，其补强性能接近白炭黑，价格仅为白炭黑的一半。它耐酸碱、耐化学腐蚀，在橡胶、塑料制品中分散性能好，是橡胶、塑料制品中理想的填充补强剂。在天然橡胶中使用效果更佳，可大幅度降低成本，提高产品质量和经济效益。
2、塑料基橡胶补强填充剂 以聚烯烃塑料为基料，与重质CaCO3粉末、钙镁粉和多种高效能表面活性剂配合，采用多层包覆技术生产出高性能塑料基橡胶补强填充剂，这种补强填充剂具有良好的流动性，可以在较高的填充量下应用于以天然橡胶为主要胶料的多种橡胶杂件，如橡胶V带、橡胶密封件、橡胶辊、橡胶衬垫、橡胶管、橡胶板等。 3、木质素型橡胶补强剂 木质素系通过在造纸制浆废液中直接改性而制得，采用新的橡胶加工工艺，使橡胶与木质素之间达到分子级的渗透与交联，从而使橡胶与天然高分子化合物(木质素)组成的合金具有优良的综合性能。其力学性质与高耐磨炉法炭黑相当，在橡胶中的配比可比炭黑高出一倍。 恒力特新材料是集科技研发、生产、销售为一体的高新技术企业，是国内和华东地区橡胶助剂骨干企业，恒力特牌橡胶防老剂
8PPD-35、BLE、BLE-W、BLE-C、SP、SP-C、AW、DFC-34等系列，抗疲劳剂PL-600、橡胶耐磨剂SL-A、橡胶助剂EVR、抗热氧剂RW、阻燃剂、橡胶粘合剂HLT-301、HLT-501系列，橡胶促进剂DTDM、DBM系列，橡胶补强剂FH、FHT系列，都得到了轮胎、胶带、胶管及橡胶制品企业的认可。 公司坐落在安徽阜阳颍州经济开发区，生产工艺先进，检测仪器齐全，产品性能稳定，本着“和谐、诚信、奋进”的企业精神，遵循以“过硬的产品、更好的服务”为宗旨，以更好的性价比为橡胶制品行业提供更多、更优的选择。如果您想进一步了解，可以直接点击官网恒力特新材料进行在线咨询。
弗兰克-赫兹实验报告
大学物理实验报告-弗兰克赫兹实验 实验题目：弗兰克赫兹实验 实验器材：F－H实验管、恒温加热电炉、F－H实验装置、示波器。 实验内容： 1．熟悉实验装置，掌握实验条件。 该实验装置由F－H管、恒温加热电炉及F－H实验装置构成，其装置结构如下图所示： F-V管中有足够的液态汞，保证在使用温度范围内管内汞蒸气总处于饱和状态。一般温度在100 oC至250 oC。并且由于Hg对温度的灵敏度高，所以温度要调好，不能让它变化太大。灯丝电压控制着阴极K发射电子的密度和能量分布，其变化直接影响曲线的形状和每个峰的位置，是一个关键的条件。 2．测量Hg的第一激发电位。 1）起动恒温控制器，加热地F-H管，使炉温稳定在157oC，并选择合适的灯丝电压，V G1K=2.5V，V G2p=1.5V，V f=1.3V。 2）改变V G2k的值，并记录下对应的Ip值上（每隔0.2V记录一个数据）。 图，并求出Hg的第一激发电位（用逐差法）。 3）作数据处理，作出对应的Ip-V G2k
3．测Ar原子的第一激发电位。 1）调节好相关的数据：V p=8.36V，V G1=1.62V，V G2k=0~100V，V f=2.64V； 图，是否符合实验要求（有2）将相关档位调到自由档位，在示波器上观看得到的Ip-V G2k 六个以上的波峰）。再将相关档位调到手动档位。 3）手动改变V G2k的值，并记录下对应的Ip值上（每隔0.05V记录一个数据）。 4）作数据处理，作出对应的Ip-V 图，并求出Hg的第一激发电位（用逐差法）。 G2k 4．得出结论。 原始数据: 1. V f=1.3V V G1K= 2.5V V G2p=1.5V T=157oC 求汞原子的第一激发电位的数据表
弗兰克-赫兹实验报告
弗兰克-赫兹实验 1913年，玻尔根据氢光谱的线状结构以及巴尔末根据可见光波长归纳出的公式 ??? ??-=221211 n R λ ，天才地提出原子的行星模型：质量集中在核，电子在固定的轨道上，原子的定态能级。这是与经典物理已经构建的大厦冲突的。 1914年，弗兰克和赫兹用电子碰撞原子的方法测量到了汞的激发电位和电离电位，证实了原子存在定态能级。他们获得了1925年的诺贝尔物理学奖。 F-H 管内先注入少量汞，再抽成真空，在一定温度下，得到合适压强的汞蒸气。电子由阴极K 出发，受第二栅极G 2正电压作用加速，在管中与汞原子碰撞。逐渐增加KG 2电压，观察屏极电流。发现电流逐渐增加，但每增加4.9V ，都出现一次电流陡降。第一次陡降出现在4.1V 左右，是由于仪器的接触电势所致。具有4.9eV 的电子与汞原子碰撞，将全部能量传递给汞原子，使其处于4.9eV 的激发态。再增大电压，电子在F-H 管中发生第二次、第三次…碰撞，屏极电流都会陡降。G 1的作用： 控制电子束电流并消除阴极附近电子聚集。屏极A 与G 2间有负电压，使得与汞原子发生非弹性碰撞二损失了能量的电子不能到达A 极。而G 1与G 2间距较大，使电子与气体有较大的碰撞区域。 先用“快扫”观察现象，后用“手动”档，记录相应的电流、电压值，尤其是各电流峰值对应的电压值。做电压-电流图，根据各峰值对应的电压值，用逐差法求出汞原子的激发电位。
?原理图 F-H管内充汞，灯丝加热K使其发射电子，G1控制通过G1的电子数目，G2加速电子，G1、G2空间较大，提供足够的碰撞概率，A接收电子，AG2加一扼止电压，使失去动能的电子不能到达，形成电流。 实验曲线： ?碰撞过程及能量交换
橡胶材料补强配方-填料系(多孔粉石英)
橡胶材料补强配方-填料系（多孔粉石英） 1、填料及其作用 组成填充补强体系的配合剂统称为填料，是橡胶工业的主要原料之一，属于粉体材料。 填料的用量相当大，几乎与橡胶本身用量相当。含有填料的橡胶是一种多相材料，填料能赋予这种材料许多宝贵的性能，如大幅度提高橡胶的力学性能，使橡胶具有导电性、磁性、阻燃性、色彩等特殊性能，改善橡胶的加工工艺性能以及降低橡胶制品的成本等。 2、填料的分类 填料的种类很多，按其在橡胶中的主要作用可分为补强性填料和增容性填料。前者的主要作用是提高橡胶制品的硬度和机械强度，如拉伸强度、定伸应力、撕裂强度，耐磨性等，称为补强剂或活性填料，如炭黑、白炭黑、多孔粉石英等；后者的主要作用则是增加胶料容积，从而节约生胶、降低成本，称为填充剂、增容剂或惰性填料，如碳酸钙、陶土、滑石粉等。这两类填料不能截然分开，比如被列入活性填料的多孔粉石英，这种填料属于非金属硅酸盐一类，但又具有表面活性，与炭黑、白炭黑的功能有相似之处，也有相同的功能。经实验可以替代一部分炭黑、白炭黑。所以这种统称填料的材料也可称为补强剂，其目的：增容、补强、降低成本。由于生胶的类型不同，也使补强剂和填充剂之间的界限难以划分。 通常以“弹性能”（扯断功）数值的大小和变化来衡量各种填料在橡胶中的补强效果，如图所示。由图可见炭黑、多孔粉石英在相当大的用量范围内具有较好的补强效果，常称它们为补强剂；陶土和碳酸钙等补强效果小，常称它们为填充剂。 填料也可按化学成分分类无机和有机填料。无机填料如含硅化合物，碳酸盐类、金属氧化物等；有机填料如再生胶、硫化胶粉、木粉、短纤维等；除此之外，填料还可按外形分为粉状、纤维状、片状和树脂填料等。
弗兰克赫兹实验实验报告
弗兰克赫兹实验实验报告 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.
弗兰克-赫兹实验 一实验目的 通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级存在。 二实验原理 1激发电势 玻尔的原子能级理论 （1）原子只能长时间的停留在一些稳定的状态，（简称定态）。原子在这些状态时，不发射或吸收能量；各定态有一定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个定态跃迁到另一个定态。 （2）原子从一个定态跃迁到了另一个定态而发射或吸收一定的能量，辐射频率是一定的，满足 n m E E hv -=（1） 原子实现能级跃迁的途径之一，就是通过具有一定能量的电子与原子碰撞的方式来实现的。 设初速度为零的电子在电势差为U 的加速电场作用下，获得的能量为eU ，当具有这种能量的电子与稀薄气体中的原子发生碰撞时，就会发生能量交换，如以E 1带表汞原子的基态能量，E 2代表汞原子第一激发态的能量，那么当汞原子从电子传递来的能量恰好为 120E E eU -=（2） 时，汞原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差称为汞的第一激发电势（中肯电势）。 夫兰克-核子实验原理如图1示。 U GK 供电子加速。在板极A 和栅极G 当电子通过KG 空间进入GA 空间时，如果有较大的能量（≥eU AG ），就能冲过反向拒斥电场而到达板极形成电流，为微电流计PA 检测出。如果电子在KG 空间与汞原子碰
撞，把自己的一部分能量给了汞原子而使后者激发的话，电子本身剩余的能量很少，以致功过栅极后不足以克服拒斥电场而被折回到栅极。这时，通过微电流计的电流将显着的减小。 实验时，观察电流计的电流随U GK 逐渐增加时的现象。如果原子能级确实存在的话，而且基态与第一激发态有确定的能量差，就能观察到如图3示的I A -U GK 曲线。曲线反映了汞原子在KG 空间与电子进行能量交换的情况。当KG 空间电压逐渐增加时，电子在KG 空间被加速而取得越来越大的能量。但起始阶段，由于电压较低，电子的能量较少，即使在运动过程中它与原子碰撞也只有较少的能量交换（弹性碰撞）。穿过栅极的电子形成的板流IA 将随栅极电压的增加而增大（图中OA 段）。当KG 间的电压达到汞原子的第一激发电势U0时，电子在栅极附近与汞原子相碰撞，将自己从加速电场中获得的全部能量都交给后者，并且使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身由于能量全部交给了汞原子，即使穿过了栅极也不能克服拒斥电场而被折回栅极。所以板极电流IA 将显着减小（图AB 段）。随着栅极电压的正家，电子的能量也随着增加，在与汞原子碰撞后还留下足够的能量，可以克服反向拒斥电场而达到板极A ，这时电流有开始上升（BC 段）。直到KG 间电压是二倍的汞原子的第一激发电势时，电子在KG 空间又会因为二次碰撞而失去能量，因而又造成了第二次板极电流的下降（CD 段），同理 0nU U GK =（n=1，2，3，……）（3） 凡符合（3）式的地方板极电流都会下跌，形成规则起伏变化的IA-UGK 曲线。而各次板极电流下降相对应的阴、栅极电压差m m U U -+1应该是汞原子的第一激发电势。 三实验仪器 FH-1A 夫兰克-赫兹实验仪（加热炉、微电流测量放大器）、温度计。 四实验内容及步骤 1、正确连接线路，A 、G 、H 、K 连线一一对应，不可混接或短路。 2、将微电流放大器，工作选择置于DC ，工作状态置于R ，栅极电压调到最小，预热5分钟。 3、接通加热炉电源，温度升至180℃时调零（10-5档位）和满度（FULL ）。 4、缓慢增加栅极电压，粗略全面观察一次IA 的起伏变化，当μA 表满度时相应的改变倍率。