中國粉體網訊 21世紀以來，由于科技的進步，橡膠的性能不斷地被開發并應用，目前橡膠制品已存在于人們生活的方方面面，支持著人們的衣食住行。橡膠的作用如此巨大，除了橡膠本身擁有其他材料無可比擬的優點以外，填料還能賦予橡膠更多寶貴的性能，使其應用更加廣泛。
一、何為橡膠的補強？
填料是橡膠工業的主要原料之一，屬粉體材料。填料用量相當大，幾乎與橡膠本身用量相當。在橡膠加工中又將填料分為補強劑和填充劑。
橡膠的補強是指在橡膠中加入一種物質后，能夠提升硫化橡膠的耐磨性、抗撕裂強度、拉伸強度、模量、抗溶脹性等性能的行為。凡具有這種作用的物質稱為補強劑。
二、橡膠用炭黑
炭黑是橡膠工業中最重要的補強性填料，可以毫不夸張的說，沒有炭黑工業就沒有現在蓬勃發展的橡膠工業。
按炭黑在橡膠中的作用將炭黑分為硬質炭黑和軟質炭黑。
硬質炭黑：粒徑在40nm以下，補強性能高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。
軟質炭黑：粒徑在40nm以上，補強性低的炭黑，如半補強炭黑、熱裂法炭黑等。
橡膠用炭黑一般按照ASIM-1765-81標準來分類命名。命名系統由四部分組成。第一個英文字母代表硫化速度，N代表正常硫化速度，S代表緩慢硫化速度。后面跟著三個數字，第一個代表炭黑平均粒徑范圍，共分為0~9個等級。第二和第三個數字則是由美國材料試驗協會負責炭黑和術語的D24.41委員會指定的，反映不同的結構程度，也就是炭黑大概的高低結構確定的，有一定的任意性。相對而言，數字越大，結構越高。
ASIM的炭黑分類命名
三、炭黑補強機理
近半個世紀以來，人們對炭黑補強機理曾進行了廣泛的討論提出了多種補強學說。
（1）容積效應
（2）弱鍵和強鍵學說
（3）Bueche的炭黑粒子與橡膠鏈的有限伸長學說
（4）殼層模型理論
（5）橡膠大分子鏈滑動學說
前四種機理雖然都能說明一定的問題，但有局限性。隨著時間進展，對機理不斷在深化完善，橡膠大分子滑動學說的炭黑補強機理是一個比較完善的理論。
橡膠大分子鏈滑動學說
這是比較新和比較全面的炭黑補強理論。該理論的核心是橡膠大分子能在炭黑表面上滑動，由此解釋了補強現象。炭黑粒子表面的活性不均一，有少數的活性點以及一系列的能量不同的吸附點。吸附在炭黑表面上的橡膠鏈可以有各種不同的結合能量，有多數弱的范德華力的吸附以致少量強的化學吸附。吸附的橡膠鏈段在應力作用下會滑動伸長。
大分子滑動學說概念圖
（1）表示膠料原始狀態，長短不等的橡膠分子鏈被吸附在炭黑離子表面上。
（2）當伸長時。這條最短的鏈不是斷裂而是沿炭黑表面滑動，原始狀態吸附的長度用點標出，可看出滑動的長度。這時應力有多數伸直的鏈承擔，起應力均勻的作用，緩解應力集中為補強的第一個重要因素。
（3）當伸長再增大，鏈再滑動，使橡膠鏈高度取向，承擔大的應力，有高的模量，為補強的第二個重要因素。由于滑動的摩擦使膠料有滯后損耗。損耗會消去一部分外力功，化為熱量，使橡膠不受破壞，為補強的重要因素。
（4）是收縮后膠料的狀況，表明再伸長時的應力軟化效應，膠料回縮后炭黑粒子間橡膠鏈的長度差不多一樣，再伸長就不需要再滑動一次，所需應力下降。
四、炭黑補強橡膠性能
補強橡膠的目的是為了提高橡膠的拉伸性能、抗撕裂能力、定伸應力和耐磨性等性能，使橡膠制品更有彈性，經久耐用。炭黑主要通過炭黑粒徑的大小、結構度、和用量來調節補強橡膠的效果。
（1）拉伸性能
炭黑粒徑小，表面活性大，結構度高，拉伸強度高；隨炭黑用量增大，拉伸強度先增后降。
（2）撕裂強度
貪黑的粒徑小，撕裂強度高；粒徑相同時，對結晶性橡膠，結構度低的碳黑，撕裂強度高；對非結晶性橡膠，結構度高的炭黑，撕裂強度高；隨炭黑用量增大，撕裂強度先增后降。
（3）定伸應力和硬度
炭黑粒徑小，結構度高，表面活性大，用量大，膠料的定伸應力和硬度高，其中以結構度影響最大。炭黑對膠料定伸應力和硬度的影響要比膠種、硫化體系大得多。
（4）耐磨性
炭黑粒徑小，表面活性大，分散性好，膠料耐磨性好。
（5）彈性
粒徑小、結構度高、表面活性大，用量大，膠料的彈性差。其中炭黑用量影響最大。
由此可見，根據橡膠制品的不同選擇合適的炭黑種類對橡膠進行補強至關重要。結合ASIM對炭黑的分類，你知道該選擇哪種炭黑了嗎？
