يُعد الكربون الأسود مادة صناعية مهمة تُستخدم على نطاق واسع في المطاط والبلاستيك والحبر والطلاء وغيرها من المجالات. تُعَد قواعد التسمية وخصائص علامة الكربون الأسود التجارية أمرًا بالغ الأهمية لفهم أدائه وتطبيقاته. ستناقش هذه المقالة قواعد تسمية الكربون الأسود بالتفصيل، وتحليل خصائص الكربون الأسود من علامات تجارية مختلفة، واستكشاف أدائه في تطبيقات مختلفة.
أنا. تعريف ومفاهيم أساسية عن الكربون الأسود
الكربون الأسود هو عبارة عن مادة مسحوقة سوداء دقيقة يتم إنتاجها عن طريق الاحتراق غير الكامل أو التحلل الحراري يتكون الكربون الأسود من الهيدروكربونات في ظل ظروف خاضعة للرقابة. المكون الرئيسي هو الكربون، الذي يحتوي على كمية صغيرة من الشوائب مثل الأكسجين والهيدروجين والكبريت. يتمتع الكربون الأسود بمساحة سطح عالية وموصلية جيدة، مما يجعله مادة حشو وصبغة مهمة.
تشمل مجالات التطبيق الرئيسية للكربون الأسود مواد تقوية المطاط، والمواد الملونة البلاستيكية، والمواد الموصلة، والعوامل المضادة للكهرباء الساكنة، والأصباغ. تؤثر خصائص الكربون الأسود، مثل حجم الجسيمات، والبنية، ومساحة السطح، والتوصيل، والخصائص الكيميائية السطحية، بشكل مباشر على فعاليته في تطبيقات مختلفة.
ثانيا. قواعد تسمية الكربون الأسود
تعتمد تسمية الكربون الأسود عادةً على عملية إنتاجه وحجم الجسيمات وبنيته ومساحة سطحه. تساعدنا قواعد التسمية هذه على فهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية لنوع معين من الكربون الأسود بسرعة.
1. عملية إنتاج الكربون الأسود
تنقسم عمليات إنتاج الكربون الأسود بشكل أساسي إلى الكربون الأسود بالفرن، والكربون الأسود بالقنوات، والكربون الأسود بالتكسير الحراري، والكربون الأسود بالأسيتيلين. وتؤثر طرق الإنتاج المختلفة على حجم الجسيمات وبنيتها ومساحة سطح الكربون الأسود.
فرن أسود: هذه هي عملية الإنتاج الأكثر استخدامًا وتشكل الغالبية العظمى من إنتاج الكربون الأسود على مستوى العالم. يتم تصنيع الكربون الأسود عن طريق حرق الهيدروكربونات السائلة أو الغازية في فرن عالي الحرارة. يتميز بحجم الجسيمات القابل للتحكم ومجموعة متنوعة من أنواع المنتجات. يبدأ اسم الكربون الأسود عادةً بالحرف "N" متبوعًا بثلاثة أرقام، مثل N220 وN330 وما إلى ذلك.
القناة السوداء: تنتج هذه العملية في المقام الأول الكربون الأسود على سطح الموقد من خلال الهيدروكربونات الغازية. يتميز الكربون الأسود القنوي بحجم جزيئات صغير جدًا وخصائص هيكلية عالية. يُستخدم بشكل أساسي في الأحبار والطلاءات عالية الجودة. يبدأ اسمه عادةً بالحرف "C".
التكسير الحراري للكربون الأسود: يتم إنتاج هذا عن طريق تفاعل التحلل الحراري للألكانات في ظل ظروف خالية من الأكسجين. يتميز الكربون الأسود الناتج عن هذه الطريقة بحجم جزيئات أكبر وبنية أقل، مما يجعله مناسبًا للحشو في المطاط والبلاستيك الموصل.
الأسود الأسيتيلين: يتم إنتاجه عن طريق تكسير غاز الأسيتيلين عند درجات حرارة عالية. يتميز بنقاء عالٍ للغاية وموصلية كهربائية وحجم جزيئات صغير، وغالبًا ما يستخدم في المواد شديدة التوصيل مثل البطاريات والأقطاب الكهربائية.
2. حجم الجسيمات وبنية الكربون الأسود
حجم الجسيمات وبنية الكربون الأسود من المعايير المهمة التي تحدد خصائصه الفيزيائية. عادة ما يتم التعبير عن حجم الجسيمات بالنانومتر، في حين يشير الهيكل إلى درجة تجمع جزيئات الكربون الأسود، والتي تتميز عادة بقيمة امتصاص ثنائي بوتيل الفثالات. كلما زادت القيمة، كلما كان الهيكل أكثر تعقيدًا.
حجم الجسيمات: كلما كان حجم جسيم الكربون الأسود أصغر، كلما كانت مساحة السطح النوعية أكبر وكان تأثير التعزيز أفضل، على الرغم من أنه قد يزيد أيضًا من صعوبة المعالجة. على سبيل المثال، حجم جسيم N110 أقل من 20 نانومتر، بينما حجم جسيم N330 يتراوح بين 30 إلى 60 نانومتر.
بناء: يؤثر هيكل الكربون الأسود بشكل مباشر على الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمادة، مثل القوة ومقاومة التآكل. عادةً ما يكون للكربون الأسود عالي البنية (مثل N220) تأثير تقوية كبير ولكنه يتطلب مواصفات أعلى لمعدات الخلط أثناء المعالجة.
3. مساحة سطح الكربون الأسود
تشير المساحة السطحية النوعية للكربون الأسود إلى المساحة السطحية الإجمالية للكربون الأسود لكل وحدة كتلة، والتي يتم قياسها عادةً بطريقة BET ويتم التعبير عنها بالمتر المربع/جم. يؤثر حجم المساحة السطحية بشكل مباشر على أداء التعزيز وقدرة التلوين للكربون الأسود. بشكل عام، كلما كانت المساحة السطحية النوعية للكربون الأسود أكبر، كلما كان حجم الجسيمات أصغر، مما يؤدي إلى تأثير تعزيز أفضل وقدرة تلوين أقوى.
ثالثا. الدرجات الرئيسية للكربون الأسود وخصائصها
وفقًا لقواعد التسمية المذكورة أعلاه، فإن الدرجات المختلفة من الكربون الأسود تظهر اختلافات كبيرة في البنية وحجم الجسيمات ومساحة السطح والمزيد. فيما يلي تحليل مفصل لخصائص بعض الدرجات الرئيسية من الكربون الأسود.
1. سلسلة N100 من الكربون الأسود
تتضمن سلسلة N100 N110 وN115 وN121 وما إلى ذلك. يتميز هذا النوع من الكربون الأسود بمساحة سطح وبنية عالية للغاية، مع حجم جزيئات دقيق للغاية، عادة ما يكون أقل من 20 نانومتر. تجعل هذه الخصائص سلسلة N100 فعالة بشكل خاص في تقوية المطاط، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل والتمزق.
ن110: N110 هو الدرجة التمثيلية لهذه السلسلة، مع أصغر حجم للجسيمات وأعلى أداء تقوية. يتم استخدامه في المقام الأول لمطاط المداس في الإطارات عالية الأداء ومنتجات المطاط الصناعي والمزيد، مما يحسن بشكل كبير مقاومة التمزق ومقاومة التآكل للمادة. ومع ذلك، نظرًا لبنيته العالية، قد تكون هناك صعوبات معينة في التشتت أثناء المعالجة، ومتطلبات معدات الخلط عالية نسبيًا.
2. سلسلة N200 من الكربون الأسود
تتضمن سلسلة N200 من الكربون الأسود الدرجات N220 وN231 وN234 وما إلى ذلك. تتمتع هذه الدرجات بأحجام جزيئات أكبر قليلاً من سلسلة N100 ولكنها لا تزال تحافظ على بنية عالية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تعزيزًا عاليًا ومعالجة سهلة.
ن220: إن N220 هو نوع أكثر شيوعًا في سلسلة N200، حيث يوفر توازنًا أفضل للأداء العام. إن بنيته وتأثيره التعزيزي متفوقان على تلك الموجودة في سلسلة N300، ويُستخدم عادةً في مداسات الإطارات ومنتجات المطاط الصناعي وأحزمة النقل وغيرها من التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل. كما يتمتع N220 بأداء معالجة جيد نسبيًا مع الحفاظ على مقاومة ممتازة للتآكل.
ن234: يتمتع N234 بمساحة سطحية أعلى من N220، مما يوفر تأثير تعزيز أقوى، ولكن مع أداء معالجة ضعيف نسبيًا. وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للغاية للتآكل، مثل إطارات السباق.
3. سلسلة N300 من الكربون الأسود
تتضمن سلسلة N300 من الكربون الأسود N330 وN339 وN351 وما إلى ذلك، وهي واحدة من أكثر سلاسل الكربون الأسود استخدامًا. تتميز هذه الدرجات بمساحات سطحية وهياكل متوسطة، وتوفر أداء معالجة جيدًا وتأثيرات تقوية، وهي تستخدم بشكل شائع في الإطارات العامة ومنتجات المطاط الصناعي المختلفة.
ن330: N330 هو النوع الأكثر شيوعًا من الكربون الأسود، ويتميز بحجم جزيئات وبنية معتدلة، مما يجعله مناسبًا لمعظم منتجات المطاط. نطاق تطبيقه واسع، بما في ذلك مداس الإطارات والجدران الجانبية والخراطيم والأختام والمزيد.
ن339: يتميز N339 ببنية ومساحة سطح أعلى، مما يؤدي إلى قدرة تعزيز أقوى مقارنة بـ N330، ولكن صعوبة المعالجة تزداد وفقًا لذلك. وهو مناسب لمنتجات المطاط ذات متطلبات الأداء الأعلى، مثل إطارات الهندسة والإطارات الثقيلة.
4. سلسلة N500 من الكربون الأسود
تتضمن سلسلة N500 من الكربون الأسود درجات مثل N550 وN560، والتي تتميز بمساحات سطحية وهياكل أقل. وهي توفر أداء معالجة جيد وتأثيرات تعزيز معينة، مما يجعلها مناسبة للمنتجات التي تحتاج إلى قوة معززة ولكنها لا تتطلب مقاومة عالية للتآكل.
ن550: N550 هو الدرجة التمثيلية لهذه السلسلة، والمعروفة بأدائها الجيد في المعالجة وقدرتها على الاستعادة المرنة. وهي تستخدم على نطاق واسع في المنتجات المطاطية مثل جوانب الإطارات والخراطيم وأغلفة الكابلات. تساهم مساحتها السطحية المنخفضة وبنيتها في انخفاض خسارة الهستيريسيس ومقاومة الشيخوخة الممتازة في التطبيقات.
5. سلسلة N600 باللون الأسود الكربوني
تتميز سلسلة الكربون الأسود N600، بما في ذلك الدرجات مثل N660 وN683، بأحجام جزيئات كبيرة وبنية منخفضة. يستخدم هذا النوع من الكربون الأسود عادةً في التطبيقات التي تتطلب أداء معالجة جيدًا، مثل الأنابيب الداخلية ومطاط ممتص الصدمات.
ن660: N660 هو نوع نموذجي في سلسلة N600، حيث يوفر أداء معالجة جيد وقدرة على الاسترداد المرن. وهو مناسب للمنتجات المطاطية التي تتطلب خسارة هستيريسيس منخفضة، مثل بطانات الإطارات الداخلية ومواد التصميم الداخلي للسيارات.
6. سلسلة N700 باللون الأسود الكربوني
تتميز سلسلة الكربون الأسود N700، بما في ذلك الدرجات مثل N772 وN774، بأدنى بنية ومساحة سطح. وهي مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات مقاومة التآكل المنخفضة ولكنها تتمتع بمرونة جيدة ومقاومة للتعب.
ن772: يتميز N772 بمساحة سطحية محددة وبنية منخفضة، مما يجعله يستخدم بشكل أساسي في تطبيقات مثل بطانات الإطارات الداخلية والديكورات الداخلية للسيارات التي تتطلب مقاومة منخفضة للتآكل ولكن مرونة عالية. تساهم مساحته السطحية وبنيته المنخفضة في مقاومة التعب بشكل جيد.
7. N990 الكربون الأسود
يتميز أسود الكربون N990 بحجم جزيئات أكبر، يتراوح عادة بين 250-350 نانومتر. وينتج عن هذا مساحة سطحية محددة أقل (حوالي 9-11 متر مربع/جم) مقارنة بمعظم أنواع أسود الكربون المستخدمة في الفرن. ويؤدي هذا إلى تأثير تقوية أقل. يتميز أسود الكربون N990 ببنية منخفضة للغاية، مما يوفر قدرة تعبئة قوية في المطاط ولكن تأثير تقوية محدود. لذا فهو أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب مرونة عالية وخسارة هستيريسيس منخفضة.
بفضل بنيته الفريدة، يوفر الكربون الأسود N990 مقاومة جيدة للحرارة ومقاومة للشيخوخة في المطاط. يساعد بنيته المنخفضة على منع تشوه المنتجات المطاطية في درجات الحرارة العالية ويوفر مقاومة جيدة للأوزون.
على عكس الكربون الأسود عالي البنية، يتمتع الكربون الأسود N990 بموصلية منخفضة للغاية. وهو فعال للغاية في التطبيقات التي تتطلب خصائص عزل. كما أنه خيار مثالي لبعض الكابلات والأختام ومنتجات المطاط الأخرى التي تتطلب عزلًا كهربائيًا.
8. الصباغ الأسود
يعتبر Pigment Black نوعًا من الكربون الأسود المستخدم خصيصًا للتلوين. يتمتع بقوة تلوين عالية للغاية وثبات ضوئي، حيث يبلغ حجم الجسيمات عادةً أقل من 10 نانومتر. يستخدم Pigment Black على نطاق واسع في المنتجات التي تتطلب تلوينًا أسودًا عميقًا، مثل الأحبار والطلاءات والبلاستيك.
سمات: تتضمن الخصائص الرئيسية لصبغة Pigment Black حجم جزيئاتها الدقيقة للغاية ونقائها العالي. وهذا يجعلها قادرة على توفير تأثير تلوين أسود عالي الكثافة، إلى جانب ثبات جيد للضوء ومقاومة للطقس. اعتمادًا على متطلبات التطبيق المختلفة، يمكن لصبغة Pigment Black أيضًا تعديل مساحة سطحها وبنيتها. في هذا قضية إنه يحقق قوى تلوين متفاوتة وأداء تشتت.
طلب: يُستخدم الصباغ الأسود على نطاق واسع في أحبار الطباعة والمنتجات البلاستيكية والطلاء ومواد البناء وغيرها من المجالات. ونظرًا لقوته القوية في التلوين، يمكن لكمية صغيرة من الصباغ الأسود تحقيق تأثير تلوين فعال. وهذا يجعله شائعًا في تصنيع الماسترباتش والحبر.
باعتبارها مادة صناعية مهمة، توفر قواعد التسمية وخصائص العلامة التجارية للكربون الأسود مراجع أساسية لفهمها وتطبيقها. تحدد الاختلافات في حجم الجسيمات والبنية ومساحة السطح والخصائص الأخرى عبر العلامات التجارية المختلفة للكربون الأسود أدائها. على سبيل المثال، في المطاط والبلاستيك والطلاء والمواد الموصلة وغيرها من المجالات. من خلال الاختيار والاستخدام المناسبين للكربون الأسود، يمكن تحسين خصائص المواد لتلبية احتياجات التطبيق المحددة. تلعب هذه الخصائص دورًا لا غنى عنه في الإنتاج الصناعي الحديث وتعمل كأساس حاسم لتصميم مواد عالية الأداء.
إذا كان لديك أي أسئلة حول مطاحن الطائرات، فلا تتردد في التواصل معنا مسحوق ملحميالفريق الفني.