在本系列博客的第 2 部分中,我们详细阐述了通过热解技术处理废旧橡胶制品生成的可持续碳材料 (SCM)在应用环境中影响其性能的关键参数。
这些参数主要包括:
· 碳质残留物含量
· 结合团聚体尺寸
· 灰分
· 甲苯透光率
在这篇博客中,我们将更详细地介绍结合团聚体尺寸。
什么是结合团聚体
结合团聚体是 SCM 的最小可分散单元,它是一种包含炭黑、二氧化硅和其他无机杂质的混合物。虽然通常被称为“颗粒”,但 ASTM D36委员会在 D8178 标准中采用了“结合团聚体”这一术语,以避免与炭黑颗粒产生混淆。图 1 展示了亚微米级炭黑聚集体和微米级 SCM 结合团聚体的对比图,其中可以清楚地看到两者不同的尺寸量级。
团聚体尺寸的测量
尽管有许多方法可用于测量粉末的尺寸,但博拉炭黑和其他机构研究表明,干式激光衍射是测量 SCM结合团聚体尺寸的最佳方法。该方法利用激光的散射来计算通过探测器的材料的等效直径。进而得出粒径分布,粒径小于20μm的材料可采用D97方法(涵盖 97% 被测团聚体的尺寸)进行表征。
该测试方法正在被 ASTM D36 rCB 委员会采纳中。
图 1a: 透射电镜(TEM)下的炭黑聚集体
图 1b: 扫描电镜(SEM)下的结合团聚体
团聚体尺寸对应用性能的影响
下表1展示了同一炭黑经研磨形成不同结合团聚体尺寸后对补强性能的影响。
测试项目 | 单位 | 示例 1 | 示例 2 | 示例 3 |
团聚体尺寸 (D97) | μm | 9.5 | 15.0 | 22.2 |
分散度 (IFM) | - | 72.8 | 20.6 | 0.0 |
门尼粘度ML1+4 | MU | 69.2 | 70.8 | 72.4 |
硬度 | Shore A | 53.7 | 54.2 | 54.4 |
300% 定伸强度 | MPa | 7.6 | 7.4 | 7.1 |
拉伸强度 | MPa | 17.9 | 15.3 | 14.6 |
表 1:团聚体尺寸对混炼胶性能的影响
ESBR 加入 50 份 SCM 和 10 份油
结论
结合团聚体尺寸是影响SCM性能的关键参数之一。该参数通过研磨工艺控制,直接影响材料对橡胶的补强性能。目前推荐的测试方法为使用激光衍射原理进行干式粒径分析。
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