Ruß ist ein wichtiger Industriestoff, der in Gummi, Kunststoffen, Tinten, Beschichtungen und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Die Benennungsregeln und die Eigenschaften der Rußmarke sind entscheidend für das Verständnis ihrer Leistung und Anwendung. In diesem Artikel werden die Benennungsregeln für Ruß im Detail erläutert, die Eigenschaften von Ruß verschiedener Marken analysiert und seine Leistung in verschiedenen Anwendungen untersucht.
ICH. Definition und Grundbegriffe von Ruß
Ruß ist eine schwarze, feinstpulverförmige Substanz, die durch die unvollständige Verbrennung entsteht oder Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen unter kontrollierten Bedingungen. Der Hauptbestandteil ist Kohlenstoff, der eine kleine Menge an Verunreinigungen wie Sauerstoff, Wasserstoff und Schwefel enthält. Ruß hat eine große Oberfläche und eine gute Leitfähigkeit, was ihn zu einem wichtigen Füll- und Pigmentmaterial macht.
Zu den Hauptanwendungsbereichen von Ruß zählen Gummiverstärkungsmaterialien, Kunststofffarbstoffe, leitfähige Materialien, Antistatika und Pigmente. Die Eigenschaften von Ruß wie Partikelgröße, Struktur, Oberfläche, Leitfähigkeit und chemische Oberflächeneigenschaften wirken sich direkt auf seine Wirksamkeit in verschiedenen Anwendungen aus.
II. Benennungsregeln für Ruß
Die Benennung von Ruß erfolgt in der Regel nach dem Herstellungsverfahren, der Partikelgröße, der Struktur und der Oberfläche. Diese Benennungsregeln helfen uns, die wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften eines bestimmten Rußtyps schnell zu verstehen.
1. Herstellungsprozess von Ruß
Die Herstellungsverfahren für Ruß werden hauptsächlich in Ofenruß, Kanalruß, thermisch gecrackten Ruß und Acetylenruß unterteilt. Unterschiedliche Herstellungsverfahren wirken sich auf die Partikelgröße, Struktur und Oberfläche von Ruß aus.
Ofenschwarz: Dies ist das am weitesten verbreitete Produktionsverfahren und macht den größten Teil der weltweiten Rußproduktion aus. Furnace Black wird durch Verbrennen von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen in einem Hochtemperaturofen hergestellt. Es zeichnet sich durch kontrollierbare Partikelgröße und eine Vielzahl von Produkttypen aus. Der Name von Furnace Black beginnt normalerweise mit „N“, gefolgt von drei Ziffern, z. B. N220, N330 usw.
Kanal schwarz: Bei diesem Verfahren entsteht hauptsächlich Ruß auf der Oberfläche des Brenners durch gasförmige Kohlenwasserstoffe. Kanalruß hat eine sehr kleine Partikelgröße und hohe Struktureigenschaften. Er wird hauptsächlich in hochwertigen Tinten und Beschichtungen verwendet. Sein Name beginnt normalerweise mit „C“.
Thermisches Cracken von Ruß: Dieser entsteht durch die thermische Zersetzungsreaktion von Alkanen unter sauerstofffreien Bedingungen. Der mit dieser Methode erzeugte Ruß hat eine größere Partikelgröße und eine niedrigere Struktur, wodurch er sich als Füllstoff in leitfähigem Gummi und Kunststoff eignet.
Acetylenschwarz: Dieses entsteht durch das Cracken von Acetylengas bei hohen Temperaturen. Es weist eine extrem hohe Reinheit und Leitfähigkeit sowie eine kleine Partikelgröße auf und wird häufig in hochleitfähigen Materialien wie Batterien und Elektroden verwendet.
2. Partikelgröße und Struktur von Ruß
Die Partikelgröße und Struktur von Ruß sind wichtige Parameter, die seine physikalischen Eigenschaften bestimmen. Die Partikelgröße wird üblicherweise in Nanometern angegeben, während sich die Struktur auf den Aggregationsgrad von Rußpartikeln bezieht, der typischerweise durch den DBP-Absorptionswert (Dibutylphthalat) charakterisiert wird. Je höher der Wert, desto komplexer die Struktur.
Partikelgröße: Je kleiner die Partikelgröße von Ruß ist, desto größer ist die spezifische Oberfläche und desto besser ist der Verstärkungseffekt, obwohl dies auch die Verarbeitungsschwierigkeiten erhöhen kann. Beispielsweise beträgt die Partikelgröße von N110 weniger als 20 Nanometer, während die von N330 zwischen 30 und 60 Nanometer liegt.
Struktur: Die Struktur von Ruß wirkt sich direkt auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials aus, wie etwa Festigkeit und Verschleißfestigkeit. Ruß mit hoher Struktur (wie N220) hat normalerweise eine signifikante verstärkende Wirkung, erfordert jedoch höhere Spezifikationen für die Mischausrüstung während der Verarbeitung.
3. Oberfläche von Ruß
Die spezifische Oberfläche von Ruß bezieht sich auf die Gesamtoberfläche von Ruß pro Masseneinheit, die üblicherweise mit der BET-Methode gemessen und in m²/g ausgedrückt wird. Die Größe der Oberfläche wirkt sich direkt auf die Verstärkungsleistung und Färbefähigkeit von Ruß aus. Im Allgemeinen gilt: Je größer die spezifische Oberfläche von Ruß, desto kleiner die Partikelgröße, was zu einer besseren Verstärkungswirkung und stärkeren Färbefähigkeit führt.
III. Die wichtigsten Rußsorten und ihre Eigenschaften
Gemäß den oben genannten Benennungsregeln weisen unterschiedliche Rußsorten erhebliche Unterschiede in Struktur, Partikelgröße, Oberfläche usw. auf. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse der Eigenschaften einiger wichtiger Rußsorten.
1. Ruß der N100-Serie
Die N100-Serie umfasst N110, N115, N121 usw. Diese Art von Ruß hat eine extrem große Oberfläche und Struktur mit einer sehr feinen Partikelgröße, normalerweise weniger als 20 Nanometer. Diese Eigenschaften machen die N100-Serie besonders effektiv bei der Verstärkung von Gummi, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit und Reißfestigkeit erfordern.
N110: N110 ist die repräsentative Sorte dieser Serie mit der kleinsten Partikelgröße und der höchsten Verstärkungsleistung. Es wird hauptsächlich für Laufflächengummi in Hochleistungsreifen, industriellen Gummiprodukten usw. verwendet und verbessert die Reißfestigkeit und Verschleißfestigkeit des Materials erheblich. Aufgrund seiner hohen Struktur kann es jedoch bei der Verarbeitung zu gewissen Dispersionsschwierigkeiten kommen, und die Anforderungen an die Mischausrüstung sind relativ hoch.
2. Ruß der N200-Serie
Zu den Rußsorten der N200-Reihe zählen N220, N231, N234 usw. Diese Sorten weisen geringfügig größere Partikelgrößen als die N100-Reihe auf, behalten aber dennoch eine hohe Struktur bei, sodass sie sich für Anwendungen eignen, die eine hohe Verstärkung und einfache Verarbeitung erfordern.
N220: N220 ist eine häufigere Sorte in der N200-Serie und bietet eine bessere Gesamtleistungsbilanz. Seine Struktur und Verstärkungswirkung sind denen der N300-Serie überlegen und es wird typischerweise in Reifenlaufflächen, industriellen Gummiprodukten, Förderbändern und anderen Anwendungen verwendet, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern. N220 hat auch eine relativ gute Verarbeitungsleistung bei gleichzeitig hervorragender Verschleißfestigkeit.
N234: N234 hat eine größere Oberfläche als N220 und bietet somit eine stärkere Verstärkungswirkung, weist jedoch eine relativ schlechte Verarbeitungsleistung auf. Es eignet sich für Anwendungen, die eine extrem hohe Verschleißfestigkeit erfordern, wie beispielsweise Rennreifen.
3. Ruß der N300-Serie
Die Rußserie N300 umfasst N330, N339, N351 usw. und ist eine der am häufigsten verwendeten Rußserien. Diese Sorten haben mittlere Oberflächen und Strukturen, bieten gute Verarbeitungseigenschaften und Verstärkungseffekte und werden häufig in allgemeinen Reifen und verschiedenen industriellen Gummiprodukten verwendet.
N330: N330 ist der typischste allgemeine Ruß mit mäßiger Partikelgröße und Struktur, wodurch er für die meisten Gummiprodukte geeignet ist. Sein Anwendungsbereich ist breit gefächert und umfasst Reifenlaufflächen, Seitenwände, Schläuche, Dichtungen und mehr.
N339: N339 hat eine höhere Struktur und Oberfläche, was zu einer stärkeren Verstärkungsfähigkeit im Vergleich zu N330 führt, aber der Verarbeitungsaufwand steigt entsprechend. Es eignet sich für Gummiprodukte mit höheren Leistungsanforderungen, wie technische Reifen und Schwerlastreifen.
4. Ruß der N500-Serie
Die Ruß-Serie N500 umfasst Typen wie N550 und N560, die über geringere Oberflächen und Strukturen verfügen. Sie bieten eine gute Verarbeitungsleistung und gewisse Verstärkungseffekte, wodurch sie für Produkte geeignet sind, die eine erhöhte Festigkeit, aber keine hohe Verschleißfestigkeit benötigen.
N550: N550 ist die repräsentative Sorte dieser Serie und bekannt für ihre gute Verarbeitungsleistung und elastische Rückstellfähigkeit. Sie wird häufig in Gummiprodukten wie Reifenseitenwänden, Schläuchen und Kabelummantelungen verwendet. Ihre geringe Oberfläche und Struktur tragen zu einem geringen Hystereseverlust und einer ausgezeichneten Alterungsbeständigkeit in Anwendungen bei.
5. Ruß der N600-Serie
Der Ruß der N600-Serie, einschließlich der Sorten N660 und N683, zeichnet sich durch große Partikelgrößen und niedrige Struktur aus. Diese Art von Ruß wird typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die eine gute Verarbeitungsleistung erfordern, wie z. B. Schläuche und Stoßdämpfergummi.
N660: N660 ist eine typische Sorte der N600-Reihe und bietet gute Verarbeitungseigenschaften und elastische Rückstellfähigkeit. Es eignet sich für Gummiprodukte, die einen geringen Hystereseverlust erfordern, wie Reifeninnenhüllen und Autoinnenmaterialien.
6. Ruß der N700-Serie
Der Ruß der N700-Serie, einschließlich der Sorten N772 und N774, weist die geringste Struktur und Oberfläche auf. Er eignet sich für Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit, aber guter Elastizität und Ermüdungsbeständigkeit.
N772: N772 weist eine geringe spezifische Oberfläche und Struktur auf, weshalb es hauptsächlich in Anwendungen wie Reifeninnenverkleidungen und Fahrzeuginnenräumen eingesetzt wird, die eine geringe Verschleißfestigkeit, aber eine hohe Elastizität erfordern. Seine geringe Oberfläche und Struktur tragen zu einer guten Ermüdungsbeständigkeit bei.
7. N990 Ruß
N990-Ruß hat eine größere Partikelgröße, typischerweise zwischen 250 und 350 Nanometern. Dies führt zu einer geringeren spezifischen Oberfläche (etwa 9–11 m²/g) im Vergleich zu den meisten Ofenrußen. Dies führt zu einer geringeren Verstärkungswirkung. N990-Ruß hat eine sehr niedrige Struktur und bietet eine starke Füllkapazität in Gummi, aber eine begrenzte Verstärkungswirkung. Daher ist er besser für Anwendungen geeignet, die eine hohe Elastizität und einen geringen Hystereseverlust erfordern.
Aufgrund seiner einzigartigen Struktur bietet N990-Ruß eine gute Hitzebeständigkeit und Alterungsbeständigkeit in Gummi. Seine niedrige Struktur hilft, die Verformung von Gummiprodukten bei hohen Temperaturen zu verhindern und bietet eine gute Ozonbeständigkeit.
Im Gegensatz zu hochstrukturiertem Ruß weist N990-Ruß eine extrem niedrige Leitfähigkeit auf. Er ist sehr effektiv bei Anwendungen, bei denen Isoliereigenschaften erforderlich sind. Er ist auch eine ideale Wahl für bestimmte Kabel, Dichtungen und andere Gummiprodukte, die eine elektrische Isolierung erfordern.
8. Pigment Schwarz
Pigment Black ist eine Art Ruß, der speziell zum Färben verwendet wird. Es hat eine extrem hohe Färbekraft und Lichtbeständigkeit, wobei die Partikelgröße normalerweise unter 10 Nanometer liegt. Pigment Black wird häufig in Produkten verwendet, die eine tiefschwarze Färbung erfordern, wie Tinten, Beschichtungen und Kunststoffe.
Merkmale: Zu den Hauptmerkmalen von Pigment Black gehören seine extrem feine Partikelgröße und hohe Reinheit. Dadurch erzielt es einen hochintensiven schwarzen Farbeffekt sowie eine gute Lichtstabilität und Wetterbeständigkeit. Je nach Anwendungsanforderungen kann Pigment Black auch seine Oberfläche und Struktur anpassen. In diesem Fall Es werden unterschiedliche Tönungsstärken und Dispersionsleistungen erreicht.
Anwendung: Pigment Black wird häufig in Druckfarben, Kunststoffprodukten, Beschichtungen, Baumaterialien und anderen Bereichen verwendet. Aufgrund seiner starken Färbekraft kann eine kleine Menge Pigment Black einen effektiven Farbeffekt erzielen. Dies macht es bei der Herstellung von Masterbatches und Tinten üblich.
Da Ruß ein wichtiges Industriematerial ist, liefern die Benennungsregeln und Markeneigenschaften wichtige Referenzen für das Verständnis und die Anwendung. Die Unterschiede in Partikelgröße, Struktur, Oberfläche und anderen Eigenschaften zwischen verschiedenen Rußmarken bestimmen ihre Leistung. Zum Beispiel in Gummi, Kunststoffen, Beschichtungen, leitfähigen Materialien und anderen Bereichen. Durch die richtige Auswahl und Verwendung von Ruß können die Eigenschaften von Materialien optimiert werden, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Diese Eigenschaften spielen in der modernen industriellen Produktion eine unverzichtbare Rolle und dienen als entscheidende Grundlage für die Entwicklung von Hochleistungsmaterialien.
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