炭黑技术讲座

第1期炭黑技术讲座第1讲　炭黑的分类、命名和制造李炳炎,于宝林,刘　敏(中橡集团炭黑工业研究设计院,四川自贡　643000)中图分类号:TQ12711+1;TQ330138+1　　文献标识码:E　　文章编号:10002890X(2007)0120059205　　炭黑主要用作橡胶补强剂,是仅次于生胶的第二大橡胶材料,在橡胶工业中的消耗量约占总产量的89.5%(其中在轮胎中的消耗量约占总产量的67.5%)。此外,炭黑作为着色剂、导电剂或抗静电剂及紫外线屏蔽剂等广泛用于塑料、涂料、油墨和干电池等领域。我国是最先制造和应用炭黑的国家,早在3000多年前就掌握了烧烟制墨技术。但长期以来,炭黑的生产技术发展缓慢。直到1872年美国实现槽法炭黑的工业化生产和20世纪初英国发现炭黑对橡胶的补强作用,炭黑的生产和应用才得到极大的发展。目前全球炭黑的年消耗量已超过800万t。我国炭黑工业是新中国成立后才建立和发展起来的,改革开放以后,特别是近年来发展很快,我国已能生产橡胶用全部常规和部分特种炭黑。2005年我国炭黑产量达到161万t。我国已成为仅次于美国居世界第2位的炭黑生产国。1　分类和命名炭黑由烃类化合物(液态或气态)经不完全燃烧或热裂解制成,主要由碳元素组成,以近似球体的胶体原生粒子及聚集体形式存在,外观呈黑色粉末。炭黑一般加工(造粒)成直径为12mm的粒状产品使用。111　分类按制造方法,炭黑可分为不完全燃烧法炭黑　　作者简介:李炳炎(19312),男,山东滨州人,中橡集团炭黑工业研究设计院教授级高级工程师,从事炭黑研发工作。和热裂解法炭黑两大类。不完全燃烧法炭黑包括油炉法炭黑、气炉法炭黑、灯烟法炭黑、喷雾法炭黑、槽法炭黑、滚筒法炭黑和混气法炭黑,热裂解法炭黑包括热裂法炭黑、乙炔法炭黑和等离子体法炭黑。不完全燃烧法炭黑产量占炭黑总产量的97%以上,而油炉法炭黑产量和需求量均占不完全燃烧法炭黑总量的95%以上。按用途,炭黑可分为橡胶用炭黑和非橡胶用炭黑两大类。按填充胶料性能,炭黑可分为硬质炭黑和软质炭黑两大类。硬质炭黑多用于胎面胶,又称为胎面炭黑,其填充的胶料硬度较高、强伸性能和耐磨性能较好;软质炭黑多用于胎体胶,又称胎体炭黑,其填充的胶料硬度和生热较低、弹性较好。112　命名11211　橡胶用炭黑1121111　传统分类命名法橡胶用炭黑的传统分类命名与炭黑的基本性质、补强性能和加工性能相关。槽法炭黑是最先工业化的炭黑品种,其分为难混槽法炭黑、可混槽法炭黑和易混槽法炭黑等品种。气炉法炭黑是继槽法炭黑之后工业化的炭黑品种,最早的品种粒径较大、补强性能逊于槽法炭黑,称为半补强炉法炭黑,后来开发了粒径较小、补强性能较好的高定伸炉法炭黑和细粒子炉法炭黑等。油炉法炭黑的耐磨性比槽法炭黑好,其最早的品种称为高耐磨炉法炭黑,后来开发了粒径较小和耐磨性能更好的超耐磨炉法炭黑、粒径在高95李炳炎等.炭黑技术讲座第1讲炭黑的分类、命名和制造©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt耐磨炉法炭黑和超耐磨炉法炭黑之间的中超耐磨炉法炭黑、粒径较大和加工性能较好的快压出炉法炭黑、通用炉法炭黑及油炉法半补强炭黑等。炭黑结构表征炭黑聚集体的不规则性及偏离球状态的形态特征,是炭黑极其重要的性质。炭黑结构高表征聚集体形态的不规则性强。填充高结构炭黑的胶料粘度大、分散性好、硬度高、耐磨性能优。20世纪50年代以前仅有标准结构炭黑品种,其后随着结构抑制剂和新工艺炭黑反应炉的研发成功,可以设计和控制炭黑结构和聚集体尺寸,粒径相同的炭黑又出现了高结构、低结构及新工艺等品种。1121112　ASTM系统命名由于炭黑的品种越来越多,采用传统命名法的炭黑名称越来越繁琐,且炭黑特性的表征变得越来越困难,如所有炉法炭黑都用新工艺炭黑反应炉生产,因此必须改进炭黑的命名方法。世界各国曾提出不同的炭黑改进命名,但目前只有美国材料试验学会制定的ASTMD1765《橡胶用炭黑分类命名系统》才被各国普遍认可并采用。ASTMD1765采用1个字母加3个数字的方法对炭黑命名。所用字母为N或S,其代表填充炭黑胶料的硫化速度,其中N表示正常硫化速度,S表示缓慢硫化速度。现行ASTMD1765列出的40多个炭黑品种中只有两个S系列品种(均为经氧化后处理的油炉法炭黑),其余均为N系列品种。3个数字的第1个数字表示比表面积(1996年前为粒径),该比表面积分为10组(见表1);第2和3个数字无明确意义,但也存在一定的规律,如N200,N300和N500系列炭黑中,命名的第2和3个数字组成的数分别小于20,30和50的炭黑,如炭黑N219,N326和N539均是低结表1　ASTMD1765橡胶用炭黑命名系统的分组组序ASTM系列名称氮吸附比表面积×103(m2·kg1)粒径nm中文名称英文缩写0>150110——1N1001211501119超耐磨炭黑SAF2N200(S200)1001202025中超耐磨炭黑ISAF3N300(S300)70992630高耐磨炭黑HAF4N40050693139细粒子炭黑FF5N50040494048快压出炭黑FEF6N60033394960通用炭黑GPF7N700213261100半补强炭黑SRF8N8001120101200细粒子热裂法炭黑FT9N900010201500中粒子热裂法炭黑MT构炭黑,第2和3个数字组成的数分别大于20,30和50的炭黑,如炭黑N234,N339和N582均是高结构炭黑。在ASTMD1765列出的炭黑系列中,N100N300为硬质炭黑,N500N700为软质炭黑,N800N900为热裂法炭黑。近年来,随着轮胎和橡胶制品的发展,对炭黑性能的要求不断提高,为此炭黑生产商不断开发不同功能、不同用途的炭黑品种,如降低轮胎滚动阻力的低滞后炭黑、适用于高性能轮胎的高性能炭黑、提高轮胎气密性的气密层专用炭黑、改善制品表面光洁度的高纯度炭黑及适用于工业橡胶制品的特种炭黑等。这些炭黑大多由生产商自行命名,其名称没有申请纳入ASTM标准。要说明的是,ASTMD1765系统命名法虽已被普遍采用,但传统命名法也仍在使用。11212　非橡胶用炭黑按性能和用途,非橡胶用炭黑可分为色素炭黑、导电炭黑、塑料用炭黑及专用炭黑等。色素炭黑包括高色素槽法炭黑、高色素炉法炭黑、中色素槽法炭黑、中色素炉法炭黑、普通色素槽法炭黑、普通色素炉法炭黑和低色素炉法炭黑等,主要用作涂料、油墨、塑料、化纤和皮革等的着色剂。导电炭黑包括导电炉法炭黑、超导电炉法炭黑、特导电炉法炭黑和乙炔炭黑等,主要用作导电剂或抗静电剂,乙炔炭黑还可作干电池的吸电液。塑料用炭黑包括色母料专用炭黑、护套料专06橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt第1期用炭黑和屏蔽料专用炭黑等,分别作塑料制品的着色剂、抗静电剂和紫外线屏蔽剂等。2　制造方法炭黑的制造方法有炉法、灯烟法、喷雾法、槽法、滚筒法、混气法、热裂法、乙炔法和等离子体法,其中炉法、灯烟法、喷雾法、槽法炭黑、滚筒法和混气法为不完全燃烧法,热裂法、乙炔法和等离子体法为热裂解法。211　炉法炉法是在反应炉内,原料烃(液态烃、气态烃或其混合物)与适量空气形成密闭湍流系统,通过一部分原料烃与空气燃烧产生高温使另一部分原料烃裂解生成炭黑,然后将悬浮在烟气中的炭黑冷却、过滤、收集、造粒成成品炭黑的方法。其中,以气态烃(天然气或煤层气)为主要原料的制造方法称为气炉法(主要产品为软质炭黑),其工艺流程如图1所示;以液态烃(芳烃重油,包括催化裂化澄清油、乙烯焦油、煤焦油馏出物等)为主要原料的制造方法称为油炉法。油炉法由于具有工艺调节方法多、热能利用率高、能耗小及成本低等特点,已成为主要的炭黑图1　天然气半补强炉法炭黑的生产工艺流程1—鼓风机;2—火嘴箱;3—反应炉;4—冷却塔;5—排风机;6—袋滤器;7—收集器;8—筛选机;9—精制风机;10—风送旋风分离器;11—造粒机;12—吸尘袋滤器;13—排风机。制造方法。与油炉法相比,气炉法的原料消耗量和综合能耗较大。在天然气涨价后,其主要产品已被油炉法产品取代。然而在天然气廉价的地区,制造气炉法炭黑仍然有利,且气炉法炭黑还在很多橡胶制品中应用。目前我国气炉法炭黑年产量为3万4万t。212　灯烟法和喷雾法灯烟法和喷雾法的工艺过程与炉法相近,主要差异是反应炉的上游端敞口,空气依靠炉后的排风机抽入。灯烟法是在反应炉的上游端把原料油(芳烃重油)加入炉口浅盘,通过一部分原料油与空气燃烧产生高温使另一部分原料油裂解生成炭黑的方法。灯烟法炭黑的粒子大、补强性能差,不适用于橡胶制品,而主要用作涂料着色剂,目前国外尚有少量生产。喷雾法的原料油是从反应炉的上游端用机械雾化喷嘴喷入的,这种制造方法由前苏联开发。喷雾炭黑具有粒子大、结构极高、填充胶料强度中等和永久变形很小的特点,特别适用于橡胶密封制品。目前我国喷雾炭黑年产量为几千吨。213　槽法、滚筒法和混气法槽法、滚筒法和混气法都是原料烃在空气中进行不完全燃烧而形成开放型扩散火焰,再将火焰还原层中裂解生成的炭黑冷却、收集、造粒制成成品炭黑的方法。槽法和滚筒法均是通过火焰与温度较低的收集面(槽钢或钢制水冷滚筒表面)接触来收集裂解生成炭黑的,故又称为接触法。21311　槽法槽法是在自然通风的火房内,天然气或煤层气通过数以千计的瓷质火嘴与空气进行不完全燃烧而形成鱼尾形扩散火焰,通过火焰还原层与缓慢往复运动的槽钢接触使裂解生成的炭黑沉积在槽钢表面,然后由漏斗上的刮刀将炭黑刮入漏斗内,经螺旋输送器输出、造粒而制成成品炭黑的方法。槽法炭黑补强性能优异,特别适用于NR,曾在橡胶工业中大量应用。但由于原料气涨价及生16李炳炎等.炭黑技术讲座第1讲炭黑的分类、命名和制造©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt产造成的环境污染问题严重,其已在20世纪70年代基本停产。但槽法炭黑是唯一可用于与食品接触的橡胶用炭黑品种,目前在亚美尼亚还有一家工厂生产。21312　滚筒法滚筒法是在火房内,以焦炉煤气或氢气作载体的汽化原料烃(芳烃含量较大的烃类物质,如粗蒽、蒽油或防腐油)通过灯管上数以千计的圆形小孔与空气进行不完全燃烧而形成鼠尾形扩散火焰,通过火焰还原层与旋转钢制水冷滚筒接触使裂解生成的炭黑沉积在滚筒表面,然后用刮刀将炭黑刮入漏斗内,经螺旋输送器输出、造粒而制成成品炭黑的方法。与槽法相比,滚筒法所用的原料烃芳烃含量大、炭黑生成率高、烟气中悬浮的炭黑多。现在其烟气中悬浮的炭黑一般采用袋滤器过滤收并与从滚筒表面收集的炭黑混合后再造粒制成成品炭黑。滚筒法炭黑的补强性能稍低于槽法炭黑,但其胶料的耐磨性能优于槽法炭黑胶料。滚筒法炭黑也曾在橡胶工业中大量应用,但由于其价格高于油炉法炭黑,现在国内外都只有少量生产,主要产品为油漆和油墨用色素炭黑。21313　混气法槽法混气炭黑是最早采用混气法制造的炭黑,它是在槽法火房内,以焦炉煤气或煤层气作载体的原料烃(粗蒽、蒽油或防腐油)与空气进行不完全燃烧而形成数以千计的鱼尾形扩散火焰,再通过火焰还原层裂解制成的。槽法混气炭黑是我国最先开发和生产的炭黑品种,其生产成本远低于槽法炭黑而高于油炉法炭黑,原用于NR补强,现主要用于油墨着色,产量很小。无槽混气法的生产工艺与槽法混气法相似,但火房内没有槽钢,生成的炭黑直接悬浮在烟气中。与槽法混气法相比,无槽混气法的单位火房产能大,但原料油消耗量也较大。目前无槽混气法炭黑主要用于油墨着色,产量很小。还有一种工艺与滚筒法相似的混气法,其火房内也没有滚筒,生成的炭黑也直接悬浮在烟气中。该法的生产效率比滚筒法高,目前只生产少量油漆和油墨用中色素炭黑和普通色素炭黑。214　热裂法、乙炔法和等离子体法21411　热裂法热裂法是一种不连续的炭黑制造方法,每条生产线设置2个内衬耐火材料的反应炉。生产时,先在一个反应炉内通入天然气和空气并燃烧,待反应炉达到一定温度后停止通入空气,使天然气在隔绝空气的条件下热裂解生成炭黑。在该反应炉进行裂解反应时另一个反应炉开始燃烧。每个反应炉均在完成裂解反应且温度降到一定程度后再燃烧加热,如此循环生产。生产出的炭黑与烟气一起冷却,然后将收集到的炭黑进行造粒处理。热裂法反应炉结构如图2所示。图2　热裂法反应炉结构1—烟囱;2—稀释气入口;3—稀释气预热室;4—空气入口;5—原料气入口;6—原料气预热室;7—燃料气和空气入口;8—分解室;9—炭黑烟气出口。热裂法炭黑是粒子最大、结构最低的炭黑品种。热裂法炭黑填充的胶料强伸性能较低,但弹性高、硬度和生热低、电导率小,且热裂法炭黑的填充量大,其适用于轨枕垫等要求弹性高、生热低和绝缘性能好的橡胶制品。另外,热裂法炭黑的碳含量大和纯度高,可用于硬质合金、碳素制品的生产。21412　乙炔法乙炔法是先将乙炔和空气通入反应炉中燃烧,待反应炉加热到一定温度后停止通入空气,使乙炔在隔绝空气的条件下裂解为乙炔炭黑(和氢26橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt第1期气)的方法。由于乙炔裂解为炭黑和氢气的反应是放热反应,因此反应可以连续进行,且需要用水冷却炉壁以防过热。裂解生成的炭黑经冷却、输送、捣磨、收集、压缩包装成成品炭黑。乙炔法反应炉结构如图3所示。图3　乙炔法反应炉结构1—乙炔入口;2—石墨砖;3—水冷夹套。乙炔炭黑的结构高、导电性能好,可用于抗静电或导电橡胶制品,但它的视比容大、胶料加工性能差,故在橡胶工业中的应用已较少,目前主要用于干电池生产。21413　等离子体法等离子体法是用等离子体发生器加热反应炉,使其达到极高温度来裂解原料烃(气态烃、液态烃或固态烃)以连续生产炭黑的方法。该法具有以下优点。·不用原料和燃料加热反应炉,原料烃的利用率高,且可以使用芳烃含量不高的油,能缓解燃料和原料短缺的问题。·裂解产生的氢气可作化工原料或汽车清洁燃料。·不产生和排放一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮等有害废气,有利于环境保护。·裂解反应生成的尾气少,可以降低炭黑收集系统的投资和运转费用。·反应炉可达到的温度高且范围宽,有利于产品的多样化。但等离子体法生成炭黑的氛围和产品性质与常规方法相差较大,此法尚处于研发阶段。目前已开发出氮吸附比表面积为52×10390×103m2·kg1、DBP吸收值为90×105250×105m3·kg1、表面没有孔隙且填充胶料物理性能接近常规炭黑的等离子体法炭黑。等离子体法有可能成为炭黑制造的主要方法。(未完待续)2006丁基橡胶用户菁英会在苏州召开中图分类号:TQ33016　　文献标识码:D2006年11月17日,埃克森美孚化工公司在苏州召开了2006丁基橡胶用户菁英会。中国橡胶工业协会、北京橡胶工业研究设计院、轮胎生产企业及《轮胎工业》等媒体单位的有关人员出席了会议。会议就中国橡胶与轮胎工业的发展对橡胶材料需求以及IIR的研究与应用进展等情况进行了充分的交流。中国橡胶工业协会会长鞠洪振做了“中国橡胶工业的可持续发展与橡胶需求”的报告,特别强调了轮胎产业安全问题———原材料供应应保持稳定。北京橡胶工业研究设计院教授级高工陈志宏就中国轮胎产业发展对橡胶需求的影响做了精彩报告。埃克森美孚化工公司亚太区市场沟通经理梁启明先生全面介绍了该公司在全球和中国的发展情况;亚太区技术服务经理顾盛琦对基于异丁烯的聚合物之演变进行了介绍;日本技术服务经理武田孝司详细介绍了气压保持率对轮胎耐久性能和轮胎性能的影响;全球市场策划经理马岱伟和亚太区市场策划经理黄金山联合介绍了全球轮胎发展趋势。会议期间,该公司中国技术服务代表认真解答了与会代表有关IIR和HIIR的新品研究与应用及全球供求问题,特别强调了IIR和HIIR在当前中国全面推广无内胎轮胎产品进程中的重要作用。埃克森美孚化工公司多年来与中国轮胎业界保持着良好的合作关系,丁基橡胶的推广应用加快了中国轮胎内胎丁基化的进程,促进了无内胎轮胎的发展。与会代表希望在未来的共同发展进程中,继续保持良好的合作关系,加强沟通,密切合作,乘中国轮胎工业生产与需求发展之强势,实现双赢。(本刊编辑部　黄丽萍)36李炳炎等.炭黑技术讲座第1讲炭黑的分类、命名和制造©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt炭黑技术讲座第1讲　炭黑的分类、命名和制造(续完)李炳炎,于宝林,刘　敏(中橡集团炭黑工业研究设计院,四川自贡　643000)中图分类号:TQ12711+1;TQ330138+1　　文献标识码:E　　文章编号:10002890X(2007)0220124204(接上期)3　制造工艺由于油炉法是目前炭黑生产的主要方法,因此以油炉法为例,介绍炭黑的生产工艺。3.1　工艺流程万吨级新工艺油炉法炭黑装置的工艺流程如图4所示。具体过程为:将燃料油(气)、结构抑制剂和预热空气一起送入反应炉燃烧段燃烧以生成高温燃烧气流(火焰),当高温燃烧气流进入反应炉喉管段(混合段)后,通过雾化喷嘴将预热原料油注入气流中,其后汽化的原料油和高温燃烧气流混合并进入反应炉的反应段裂解生成炭黑;急冷水在反应炉的急冷段喷入以终止裂解反应和冷却烟气。冷却烟气作为空气预热器和原料油预热器的热源进行热交换而进一步冷却后进入主袋滤器,经主袋滤器过滤分离炭黑后的净化尾气一部分送干燥机尾气燃烧炉燃烧(产生的燃烧排出气体作干燥湿法造粒炭黑的热源),其余部分送尾气锅炉作为燃料燃烧;主袋滤器分离出来的炭黑进入风送系统,经微米粉碎机再由风送风机送至收集旋风分离器。从收集旋风分离器出来的风送气体由流风机送主袋滤器,而分离出来的炭黑进入粉状炭黑贮罐,再进入湿法造粒机与造粒水混合。造粒后的湿炭黑颗粒先进入干燥机干燥,再进入斗式提升机。由干燥机排出的携带水分和炭黑粉尘的燃烧排出气体进入排气袋滤器,经排气袋滤器分离的炭黑进入风送系统。斗式提升机中干燥的炭黑颗粒经筛分机过筛,不合格的大颗图4　油炉法炭黑的生产工艺流程示意1—反应炉;2—主供风机;3—空气预热器;4—原料油预热器;5—急冷水泵;6—原料油泵;7—主袋滤器;8—尾气风机;9—微米粉碎机;10—风送风机;11—收集旋风分离器;12—流风机;13—粉状炭黑贮罐;14—湿法造粒机;15—转干燥机;16—排气袋滤器;17—斗式提升机;18—不合格品贮罐;19—筛分机;20—磁选机;21—螺旋输送机;22—产品贮罐;23—槽车。421橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷第2期粒炭黑进入不合格品贮罐,合格炭黑进入磁选机。磁选分离出的铁磁性物质和少量炭黑进入提升机底部,被装在其底部的永久磁铁进一步分离。产品炭黑经螺旋输送机送至产品贮罐。不合格品贮罐中的炭黑由再处理风机送至再处理袋滤器(图中未示出),经再处理袋滤器分离出的炭黑再进入生产系统。产品贮罐中的炭黑用槽车装载或由包装机装袋后发往用户。3.2　主要设备和工序3.2.1　反应炉油炉法炭黑生产装置的核心设备是反应炉。早期的反应炉结构较简单,通常由圆形钢制外壳内衬耐火材料构成,一般通过反应炉上游端的喷燃器送入空气和原料油。这种反应炉由于原料油雾化状况不理想、热能利用率低、工艺调节手段较少,原料油的消耗量较大、产品品种较少。20世纪70年代初开发的新工艺炭黑反应炉结构变化极大,其包括5个不同功能的区段:燃烧段、喉管段、反应段、急冷段、停留段,如图5所示。燃烧段的功能是使燃料油(气)和预热空气充分混合并完全燃烧,形成高动能的高温燃烧气流进入喉管段。图5　新工艺炭黑反应炉分段示意　　喉管段位于燃烧段下游。在喉管段,预热原料油通过轴向或径向雾化喷嘴喷到高温燃烧气流中,原料油的雾滴与气流迅速混合并分散、汽化及裂解脱氢形成炭黑晶核。为防止喉管段的晶核浓度高导致炭黑结构偏高,在燃烧段的上游端常喷入结构抑制剂来调节(降低)炭黑结构。反应段位于喉管段下游。在反应段,继续并基本完成炭黑的晶核生成、增长和聚集体的生成、增长。反应段的气流温度决定成品炭黑粒子及聚集体尺寸,反应气流温度较高时原料烃裂解速度较快,生成的晶核较多,炭黑粒径及聚集体尺寸较小,反之亦然。急冷段位于反应段的下游,喷入急冷水(入口位置可调,以控制反应时间)的目的是终止裂解反应和降低烟气温度。停留段位于急冷段的下游,烟气在此段停留一段时间使喷入烟气中的急冷水充分汽化。反应炉燃烧段和喉管段通常内衬高纯度刚玉和铬刚玉材料,其工作温度可达1900℃,而内衬带冷却设施的全金属构件,工作温度可达2100℃。31212　空气预热器和原料油预热器空气预热器为列管式换热器,其利用反应炉烟气热能加热空气。空气预热可以强化燃烧过程、减小燃料油消耗量、提高反应炉的总体热效率即炭黑收率,同时还可降低急冷水量,从而减少进入袋滤器的烟气,提高尾气热值。目前常用的空气预热器加热温度为650℃,正开发推广加热温度为800℃或更高的空气预热器。原料油预热器位于空气预热器下游,也是利用烟气热能的换热设备。原料油预热器的作用是:降低原料油的粘度和改善雾化状态,使其汽化和裂解能更好进行。原料油预热温度由其性质而定,通常为150260℃。31213　袋滤器油炉法炭黑生产线上有3种不同作用的袋滤器,即从反应炉排出的烟气中收集炭黑的主袋滤器、从干燥机转鼓排出气体中收集炭黑的排气袋滤器、从再处理系统和吸尘系统中收集炭黑的再处理袋滤器。为保证炭黑的收率和达到环保要求,袋滤器的收集效率必须达到99.96%以上。为此,必须设计合理的袋滤器结构、选用优质的滤袋(如表面用硅油、石墨或聚四氟乙烯处理的玻纤袋及表面覆盖聚四氟乙烯薄膜的玻纤袋)并采用适合的操521李炳炎等.炭黑技术讲座第1讲炭黑的分类、命名和制造(续完)作方法。31214　风送系统和微米粉碎机袋滤器收集的炭黑经料斗下的气密阀进入风送系统管道,靠风能将炭黑送至微米粉碎机、收集旋风分离器再送至湿法造粒机的粉状炭黑贮罐。微米粉碎机是一种高速冲击锤式粉碎设备,其作用是粉碎炭黑气流中可能存在的块状炭黑,使成品炭黑中筛余物含量达到指标要求。31215　造粒为了便于运输、改善混炼加工性能及减少对环境的污染,橡胶用炭黑必须造粒。炭黑的造粒方法有干法和湿法两种。干法造粒是将粉状炭黑连续通过一个卧式旋转圆筒,使粉状炭黑在缓慢移动过程中逐步排出吸附的气体并靠物理附聚力而附聚成球状颗粒。干法造粒设备简单、造粒成本低、能耗小,但造粒炭黑的粒子强度低、细粉含量大,在散装输送中粒子易破碎,在橡胶厂使用时易堵塞炭黑气力输送管道。湿法造粒是在造粒机中将炭黑与加有少量粘合剂的造粒水混合并搅拌成粒,再送入干燥机除去水分,制成粒状炭黑产品。这种方法生产的造粒炭黑粒子强度高、细粉含量小,易于散装运输,能避免或减轻炭黑在运输和使用过程中对环境的污染,有利于用户使用时机械化和密闭化输送。湿法造粒的设备较多、能耗较大,只有在万吨级以上的炭黑生产线上使用才具有良好的经济效益。31216　产品贮存和包装造粒和干燥后的炭黑经筛分、磁选后先送入产品贮罐,再进行包装。炭黑产品的包装形式有每袋2025kg的纸袋或塑料编织袋包装、每袋5001000kg的大袋包装以及槽车装载等。一般来说,对于用量较小的客户,宜采用2025kg袋装方式发货;对于用量较大且拥有储存和输送设备的客户,宜采用大袋包装或槽车装载方式发货,这既利于环保又节约包装运输费用。313　质量影响因素3.3.1　原料油目前,我国油炉法炭黑生产使用的原料油主要为乙烯焦油、煤焦油和蒽油。国产催化裂化澄清油因芳烃含量较小、价格较高而不被采用。对用于炭黑生产的原料油有如下要求。Ó密度在1.051.15Mg·m3之间。一般来说,当油料的密度较大时,其碳含量和芳烃含量较大,有利于提高炭黑质量和收率;但密度过大时,其沥青质(相对分子质量较大的多环芳烃)含量和粘度过大,会影响原料油的雾化并使其结焦,从而导致炭黑质量降低。Ó沥青质含量较小。不同油料的沥青质含量不同,蒽油几乎不含沥青质,乙烯焦油的沥青质质量分数约为012,煤焦油为01350160。Ó水分质量分数小于0.005。油料水分含量过大会导致生产工艺不稳定,从而致使炭黑质量降低和收率减小。Ó灰分质量分数小于0.0005。油料灰分含量大会导致炭黑灰分含量大。Ó硫质量分数小于0.005。原料油中30%50%的硫会转移到产品炭黑中,其余则以二氧化硫的形式随废气排出,故硫含量大对炭黑质量和环保均不利。国产原料油的硫质量分数一般小于0.005,国外催化裂化澄清油的硫质量分数较大,原来要求小于0102,现在小于0104的油料也在使用。Ó碱金属含量尽量小。原料油中存在碱金属会影响产品炭黑结构,生产高结构炭黑时原料油的钠质量分数应小于20×106,钾质量分数应小于2×106。31312　工艺条件(1)燃烧气流的温度和流速反应炉内燃烧气流的温度和流速取决于燃烧段的燃料油(气)流量、空气流量及其预热温度。燃烧气流的温度越高、流速越快,原料油的汽化和裂解越快,生成的炭黑粒径及聚集体尺寸越小且分布越均匀,同时炭黑的收率越高,但受反应炉耐火材料及系统动力消耗的限制,燃烧气流的温度最高只能达到2100℃,喉管段流速一般控制为300500m·s1。(2)原料油的雾化和汽化原料油的雾化状况取决于原料油的喷嘴结构和喷入反应炉内的位置,入炉原料油的温度、压力和粘度,雾化载体的性质、流量、压力、温度,燃烧气流的温度和流速等。原料油的雾化和汽化状态621橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷第2期良好,生成的炭黑粒径及聚集体尺寸分布均匀。原料油的雾化和汽化状态不理想,不仅炭黑粒径及聚集体尺寸分布不均匀,而且原料油在反应炉内会结焦,影响系统正常运转,导致炭黑质量波动,使其筛余物含量超标。(3)反应温度和停留时间原料油雾化和汽化后,其与燃烧气流的混合气流在喉管段至反应段的裂解反应温度越高、停留时间越短,生成的炭黑粒径及聚集体尺寸越小、分布越均匀。一般来说,生产粒径及聚集体尺寸较小的硬质炭黑时,混合气流在喉管段至反应段的反应温度较高、停留时间较短;生产粒径及聚集体尺寸较大的软质炭黑时,混合气流在喉管段至反应段的反应温度较低、停留时间较长。当燃料流量和空气流量一定时,混合气流在喉管段至反应段的反应温度通过调节原料油流量控制,原料油流量越大,混合气流的反应温度越低。停留时间通过调节物料总流量及急冷水喷入反应炉位置控制,物料总流量越大、急冷水喷入反应炉的位置距原料油喷入反应炉的位置越近,停留时间越短。(4)结构抑制剂流量炭黑结构的高低取决于反应炉内炭黑晶核的浓度及碰撞速度,晶核的浓度越大及碰撞速度越快,晶核碰撞及形成复杂聚集体的机会就越多,炭黑的结构就越高。碳酸钾溶液是常用的结构抑制剂,它通过钾离子附着在晶核上以使晶核带有相同电荷而相互排斥,从而减少晶核碰撞来降低炭黑结构。对于同一反应炉,调整炭黑结构的主要方法是控制结构抑制剂流量。(5)工艺控制为保证同一或不同批次的炭黑质量一致,大型炭黑生产企业已普遍采用计算机来控制生产工艺,以保证炭黑质量的稳定。31313　造粒和干燥(1)造粒湿法造粒时造粒机的转速较快或造粒时间较长,炭黑的二次结构较低,其DBP吸收值与压缩样DBP吸收值的差值较大;造粒水的粘合剂含量增大,造粒炭黑的粒子强度增大、细粉含量减小、混炼分散较困难。(2)干燥造粒后炭黑的干燥温度较高和时间较长,成品炭黑的表面氧化程度较高、吸碘值较大;干燥温度较低和时间较短,成品炭黑的水分含量较大。住友公司开发抑制胎腔噪声技术中图分类号:TQ336.1　　文献标识码:D美国《橡胶与塑料新闻》2006年10月16日5页报道:轮胎胎腔噪声是某些原配胎越来越显著的问题,住友公司开发了将PU海绵条贴合到轮胎内衬层上抑制胎腔噪声的技术。住友在日本推出一系列静音轮胎———登录普LMansLM703,这些轮胎采用了上述技术以及降噪胎面花纹和PEN冠带层。据住友说,PEN的降噪效果优于锦纶。住友致力于轮胎胎腔噪声的研究,因为胎腔噪声被看作是最大的噪声,也是除环境背景噪声外最突出的噪声。各个轮胎公司试图通过减小轮胎花纹高度来降低胎腔噪声,但要以牺牲行驶里程和操纵性能为代价。住友宣称,在胎面中心内衬层周向上贴一个双驼峰的PU海绵条可以消除胎腔共振。在解决上述问题过程中,住友研究人员观察到3个影响车内噪声的重要因素。Ó100500Hz频带的花纹噪声(节距噪声)。Ó125315Hz频带的路面噪声(160Hz区的“Goh”噪声和250Hz区的“Gaa”噪声)。Ó200315Hz频带的胎腔共振(轮胎内空气共振引起的窄频带噪声)。然后他们迫切想弄清楚,是仅需要消除最主要的噪声,还是必须考虑主噪声源消除后变得比较显著的次噪声源。最后住友开始着手解决所有3个问题,改变花纹降低节距噪声,采用PEN冠带层降低路面噪声,贴合PU海绵条吸收胎腔噪声。结果表明,优化后轮胎产生的噪声比原住友相应轮胎低34dB。(涂学忠摘译)721李炳炎等.炭黑技术讲座第1讲炭黑的分类、命名和制造(续完)lczhuHighlightlczhuHighlightlczhuHighlightlczhuHighlight炭黑技术讲座第2讲　炭黑的结构和性质李炳炎,于宝林,刘　敏(中橡集团炭黑工业研究设计院,四川自贡　643000)中图分类号:TQ12711+1;TQ330138+1　　文献标识码:E　　文章编号:10002890X(2007)0320186205　　炭黑的结构和性质决定其使用性能,全面了解炭黑的结构和性质对合理应用炭黑十分重要。1　微观结构在自然界中,由元素碳组成的固形物质一般分为晶体和无定形体两大类。晶体碳有金刚石、石墨及近年来发现的富勒结构碳(球烯),无定形体碳主要有焦炭和木炭等。金刚石和石墨的晶体结构见图1。金刚石的碳原子晶格呈交错整齐排列的稳定立体结构[每个碳原子都以等键长(01154nm)的共价键与另外4个碳原子相连],其具有极高的硬度。石墨晶体属六方晶系,呈多层叠合结构,各层面称为基面,各基面的碳原子以正六角形排列[每个碳原子都以等键长(01142nm)的共价键与另外3个碳原子相连]构成二维有序的平面网;相邻基面的碳原子错开排列,即每层基面的每个碳原子六角网格中心均正对相邻下层基面的一个碳原子,每隔一基面,碳原子的排列相同,呈ABABAB⋯⋯的三维空间排列。由于基面间的结合力较小,各基面很容易滑移,因此石墨的硬度较小。炭黑是工业碳产品,既不是典型的结晶体,也不是典型的无定形体,其微观结构介于石墨晶体结构与无定形体结构之间,较为复杂。各种工业碳的微观结构特征见表1。炭黑的微观结构最早用X射线衍射。研究认为,炭黑粒子由许多叠层结构的微晶(基面一般为35层,乙炔炭黑粒子为67层)构成。在微晶的叠层结构中,各基面的碳原子排列结(a)金刚石(b)石墨图1　金刚石和石墨的晶体结构表1　各种工业碳的微观结构特征工业碳晶系密度(Mg·m3)碳2碳键长nm基面间距nm金刚石立方3.540.154石墨六方2.260.1420.335炭黑六方2准晶或1.842.060.1420.350　六方2乱层焦碳六方2乱层1.302.10碳和活性炭六方2乱层1.101.30纤维状炭六方2乱层1.65玻璃态炭六方2乱层1.47热解石墨六方2乱层1.202.20681橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt第3期构(包括碳原子间距)与石墨相同,各基面基本平行,只是基面间距(通常为01340141nm)比石墨大,少数基面存在扭曲和插层的无序堆积状态(乱层结构)。炭黑的X射线衍射图呈2或3个衍射环,与天然石墨的衍射图类似。多数炉法炭黑的微晶基面间距(d002)和垂直于基面方向的平均厚度[由(002)漫反射谱带估算]分别为0.35nm左右和1.21.5nm,微晶平均直径[由较弱的(10)和(11)谱带估算]为1.7nm。采用透射电子显微镜观察炭黑的氧化和石墨化过程发现,炭黑粒子的微晶呈同心连续的排列[见图2(b)和(c)],而不是杂乱(或随机)的堆砌[见图2(a)],从而否定了以X射线衍射分析为基础建立的炭黑粒子微晶随机取向(堆砌)模型。其后,高分辨率相衬电子显微镜(PCM)的应图2　炭黑的同心取向微观结构模型用极大地推动了炭黑微观结构的研究进展。PCM最早用于炭黑N220微观结构的研究,用其拍摄的炭黑N220图像如图3所示,图3(b)中的亮线为石墨层基面。通过X射线衍射测量的该炭黑的d002均值为0.34nm。从图3(b)可以清楚地看到石墨层基面分别围绕不同中心弯曲取向并形成多面体结构。对其它商品炭黑的PCM图像进一步观察发现,所有炭黑的微晶均围绕一个或几个生长中心分布而形成连续网络,进而构成粒子,这也从另一个方面说明炭黑粒子的微晶不是随机堆砌的。在不考虑粒径和结构的条件下,通过PCM测量得出,炭黑N220N990的d002为0.350.41nm,分布均较宽。PCM测量的炉法炭黑的d002为0.3830.392nm,较X射线衍射测量的d002(0.3400.360nm)大。一般来说,炭黑N990和乙炔炭黑的d002(均值分别为01363和01355nm)均比炉法炭黑和槽法炭黑小。由于X射线衍射只能测出微晶平直部分的d002,而PCM则能测出微晶弯曲部分的d002,因此用PCM测量的d002比用X射线衍射测量的d002更准确。近年来,分辨率更高的扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)用于炭黑表面微观构造的研究对深入探讨炭黑对橡胶的补强机理十分有利。(a)未处理(b)2700℃石墨化处理后图3　炭黑N220的PCM图像Donnt等使用具有STM和AFM双重功能的扫描锚探针电子显微镜(SPM)观察发现,炭黑粒子表面有许多局部性的晶体结构,呈凹凸不平的台阶(高度为23nm,宽度为35nm)形貌,见图4。分析得出,炭黑粒子表面的纳米级凹凸781李炳炎等.炭黑技术讲座第2讲炭黑的结构和性质©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt台阶对炭黑的体积效应或炭黑与聚合物间的相互作用影响极大。聚合物分子链吸附在炭黑粒子表面的模型见图5。图4　炭黑粒子表面的SPM图像图5　聚合物分子链吸附在炭黑粒子表面的模型Goritz等对炭黑粒子表面的AFM图像及炭黑对橡胶补强性能进行系统研究后得出,炭黑表面由叠置的石墨晶体构成,石墨晶体呈不规则的倾斜排列。炭黑N110和N762粒子的表面晶体结构见图6和7。从图6和7可以看出,补强性能好的炭黑N110的粒子表面晶体较小,且倾斜角度较大,这种晶体作为聚合物分子链的吸附点吸附力大,能更有效地阻碍聚合物分子链滑动。Donnt通过计算机图像分析程序(Vislog4,Noasis)对STM图像进行数理统计处理后,用原子尺度度量炭黑粒子的表面结晶度和表面粗糙度。图8示出了炭黑粒子的STM原始图像及其用图像分析程序处理后的图像。图中,亮区为结晶区,暗区为无定形区。炭黑粒子表面结晶度通过处理图像中的亮区和暗区数量计算得出;表面粗糙度为粒子表面平均局部最高点与平均局部最低点之差,与表面结晶度密切相关。这种以原子尺度度量炭黑表面结晶度和粗糙度的方法研究炭黑粒子表面性能有助于探讨炭黑与橡胶间的界面作用原理。2　聚集体形态过去认为,炭黑的最小可分散单元是单个球图6　炭黑N110和N762粒子表面微晶体高度和宽度的AFM扫描曲线1—炭黑N110;2—炭黑N762。图7　炭黑N110和N762粒子的表面微晶体模型(a)原始图像(b)处理图像图8　炭黑粒子的STM原始图像及其用图像分析程序处理后的图像形(或近似球形)原生粒子,原生粒子聚结而形成聚集体,一般用粒径和结构描述炭黑形态。自可881橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt第3期以清晰观察炭黑粒子全貌和聚集体微观结构的高分辨率电子显微镜问世后,建立了新的炭黑形态概念。新形态概念认为只有热裂法炭黑的最小可分散单元是单个球形或椭球形粒子,其微晶围绕一个生长中心分布;其它炭黑的最小可分散单元是聚集体,其结构为:众多微晶围绕多个生长中心分布形成连续网络,外层微晶则包围连续网络而形成独立石墨准晶体单元。相对炭黑新形态概念而言,旧形态概念的原生粒子只是旋转石墨层中的一个取向区域。炭黑的新旧概念形态见图9。(a)旧概念(b)新概念图9　炭黑的新旧概念形态新形态概念认为炭黑是以聚集体的形式存在于所应用的体系中,因此聚集体的形态直接影响炭黑的使用性能,炭黑形态学的主要研究对象是聚集体。炭黑聚集体形态十分复杂,众多学者对其进行了深入研究。自20世纪70年代起,陆续提出了不同的炭黑聚集体形态模型,并力图用不同的形态参数准确地表征聚集体形态特征。2.1　Mdalia椭球模型Mdalia椭球模型的概念是:炭黑聚集体呈椭球形,不同形态的聚集体是长短轴不同的等效椭球体,炭黑聚集体的形态参数有:二维投影面积(SM)、不等轴度(Q)、轮廓比(I)、平均粒径(d)和粒子数(N)等。其中,d和N是主要特征参数;Q=KAKB,KA和KB分别为等效椭球体长短轴半径;I=4πKAKBSM。炭黑I与Q的关系见图10。多数品种炭黑的Q值差异不大,可用比图法把炭黑聚集体形态分成球形、椭球形和纤维形三大类、八小类,见图11。几种炭黑的聚集体形态分布见表2。用Mdalia椭球模型聚集体形态参数计算的单位质量炭黑聚集体空隙容积与用吸油计法测定的DBP吸收值非常吻合。2.2　Hss形态概念模型Hss主张实测炭黑聚集体的形态参数,他用图10　炭黑I与Q的关系图11　炭黑聚集体的分类形态表2　几种炭黑的不同聚集体形态频数%炭黑品种球形椭球形123纤维形1234N1722.51.516.13.430.721.24.919.7N32715.47.540.711.18.214.21.01.9N3308.65.823.48.45.326.57.514.5N3471.41.614.211.35.533.412.819.8N99085.510.33.80.20.2000981李炳炎等.炭黑技术讲座第2讲炭黑的结构和性质©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.ntQuantimt自动图像分析仪测量的炭黑聚集体形态参数有:二维平均投影面积(SH)、弦长、周长、Fnt直径、长度(L)、宽度(W)、体积(VH)、圆度因数、形状因子(F)和球度因子等。该测量方法已列入美国标准(ASTMD3849),每个参数的确定均需要进行5001000个聚集体试样的测试。不同品种的炭黑聚集体主要形态参数值如表3所示。表3　不同品种的炭黑聚集体主要形态参数值炭黑品种SHnm2LnmWnmVH×103nm3FN1155943127.435.8179.73.56N116—151.437.6259.54.03N2206776144.640.2261.73.60N2427620160.440.3295.13.98N3308739158.146.7375.63.39IRB2(N330)83141721044.0—3.92N34710884203.549.6553.04.702.3　三球模型在假定炭黑聚集体密度相同且均匀的条件下,可用当量球、实心球和斯托克斯球模型表征聚集体的形态特征,见图12。图中,Φ,Φa和Φs分别为当量球、实心球和斯托克斯球的直径。当量球的投影面积(电子显微镜图像分析仪测定)、实心球的体积(统计吸附层厚度法和DBP吸收值法测定)和斯托克斯球的沉降速率(离心沉降法测定)分别与聚集体相当。三球直径与炭黑结构有良好的相关性,即在一定范围内,Φ和Φs大,炭黑结构高;Φa大,炭黑结构低。图12　炭黑聚集体的三球模型(未完待续)2006年度橡胶工业十大新闻中图分类号:TQ330.8　　文献标识码:D美国《橡胶与塑料新闻》2006年12月11日10页报道:《橡胶与塑料新闻》编辑部评选出世界2006年度橡胶工业十大新闻,具体如下。(1)轮胎生产格局变化大加拿大和美国正很快成为高附加值轮胎而不是利润较低的轿车轮胎的产地。在过去1年中,米其林、大陆轮胎北美公司、普利司通费尔斯通和固特异都宣布过关厂和或减产消息。理由虽然不尽相同,但一致的原因是在北美生产低档轮胎无法与世界上低成本地区的工厂竞争。美国轮胎生产商协会(RMA)发表的轮胎交货量年终报告表明,2006年美国轮胎需求量下跌了5%。2007年可望稍有改善,增长1.4%。(2)钢铁工人联合会(USN)工人闹罢工USN与固特异之间似乎永无休止的总谈判于10月5日未能结束,工人开始罢工。会谈中的障碍之一是工人的工作保障,而固特异说它对此不能担保,而大约1个月后它宣布关闭得州泰勒厂证实了这一说法。至此,劳资纠纷尚未有穷期。在此期间,米其林与USN达成了主合同,而普利司通费尔斯通的工人正在等待固特异拿出一个协议方案后再到谈判桌来。(3)特雷勒堡出招频频要追踪特雷勒堡公司2006年的全部活动,包括某些在美国的重大举措,需要一张记分单。其中最大的新闻是该公司投资1.78亿美元购买里夫斯兄弟公司,此举将大大提高特雷勒堡在美国的生产能力。里夫斯交易是特雷勒堡过去12个月在世界橡胶工业中已宣布或完成的8个兼并项目之一。在方程式的另一边,该公司2006年11月说,它将关闭美国俄亥俄州哈特维尔工业轮胎厂,并考虑关闭其它工厂和淡出汽车配件行业。(4)库珀船长弃船库珀轮胎和橡胶公司日子非常艰难,连续6个季度严重亏损。该公司努力提高在中国合资公司的产量,宣布在其阿肯色州特克萨卡纳厂裁减500名员工,关掉不赢利轮胎生产线,以摆脱赤字困境。8月份公司宣布将辞退托玛斯·达蒂罗。达蒂罗已出任该公司总经理7年多,是库珀许多规划、生产和091橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt炭黑技术讲座第2讲　炭黑的结构和性质(续二)李炳炎,于宝林,刘　敏(中橡集团炭黑工业研究设计院,四川自贡　643000)中图分类号:TQ12711+1;TQ330138+1　　文献标识码:E　　文章编号:10002890X(2007)0520318202(接上期)313　结构炭黑粒子连接在一起并熔结而成的三维空间聚集体结构称为一次结构或原生结构。聚集体之间由范德华力凝聚而成的附聚体结构称为二次结构或暂时结构。一般而言,炭黑的一次结构牢固,在胶料混炼过程中不易被破坏,存在于混炼胶和橡胶制品中。但混炼强力过大和时间过长,部分一次结构,尤其是链枝较多和较长的高结构炭黑的一次结构会被破坏。炭黑的二次结构疏松,在炭黑的造粒、压缩和胶料的混炼过程中易被破坏。炭黑复杂的一次和二次结构使其存在大量的空隙,如造粒前炭黑的空隙容积率为97%98%,造粒后为80%左右。炭黑的空隙容积与结构直接相关,结构高的炭黑空隙容积较大,结构低的炭黑空隙容积较小,因此可用空隙容积来度量炭黑结构。炭黑结构的测定方法主要有吸液法和压缩比容法。(1)吸液法吸液法是用充满炭黑空隙(包括表面浸润)所消耗的液体量来表征炭黑结构。吸液法所用的液体不易挥发,且对炭黑表面的润湿性好,目前主要为邻苯二甲酸二丁酯(DBP),其次还有亚麻仁油、矿物油和盐酸等。橡胶用炭黑结构主要用DBP吸收值测定法测试,油墨用炭黑结构主要用亚麻仁油和矿物油吸收值测定法测试,乙炔炭黑结构用盐酸吸液量测定法测试。DBP吸收值测定法有仪器(吸油计)法和手工法两种。吸油计实际上是一种小型力矩测量装置,主要由混合室(内有转动叶片)、力矩传感装置和恒速滴定管组成。测试时,先将一定量的炭黑放入混合器室内,由恒速滴定管连续向混合室内滴加DBP,当DBP加入量较小时,炭黑呈粉末流动状态,叶片的转矩较小;当DBP加入量达到一定值时,炭黑与DBP的混合物变成较硬的团块,叶片的转矩急剧增大,直至最大值;DBP加入量继续增大,混合物的粘度降低,叶片的转矩减小。实测时,预先设定混合物70%最大转动力矩为试验终点(DBP正好充满炭黑空隙),当达到此值时,自动恒速滴定管停止滴加DBP,此时指示的DBP量即为DBP吸收值。DBP吸收值手工测定法是将一定量(通常为1g)的炭黑试样放置在玻璃板中央,然后一边用滴定管滴加DBP,一边用玻璃棒不断轻轻调合、碾压,使炭黑均匀润湿,直至所有炭黑都附着在玻璃棒上,同时玻璃板上不留任何痕迹,即达到滴定终点,这时消耗的DBP量(体积)除以炭黑质量即为炭黑的DBP吸收值。硬质炭黑的手工操作法DBP吸收值与吸油计法较一致;软质炭黑的手工操作法DBP吸收值常小于吸油计法,需用标准参比炭黑DBP吸收值校正。手工法操作简便、试样用量小,是炭黑生产厂家和用户测定炭黑结构的常用方法,缺点是受人为因素的影响,测试结果误差较大。DBP吸收值表征炭黑总结构,即一次结构和二次结构的总和。如果测试前先将炭黑压缩以消除二次结构,则测定的DBP吸收值可近似表征炭黑的一次结构。Dollingr提出的将炭黑试样在165MPa下压缩4次(每次压缩后用小铲破碎并813橡　胶　工　业　　　　　　　　　　　　　　　2007年第54卷©19942008ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHous.Allrightsrsrd.http:www.cnki.nt第5期过20目筛)再测试其DBP吸收值(称为压缩样DBP吸收值)的方法已列入国际标准(ISO689