Le noir de carbone est un matériau industriel important qui est largement utilisé dans le caoutchouc, les plastiques, les encres, les revêtements et d'autres domaines. Les règles de dénomination et les caractéristiques de la marque de noir de carbone sont cruciales pour comprendre ses performances et ses applications. Cet article abordera en détail les règles de dénomination du noir de carbone, analysera les caractéristiques du noir de carbone de différentes marques et explorera ses performances dans diverses applications.
JE. Définition et concepts de base du noir de carbone
Le noir de carbone est une substance noire en micro-poudre générée par la combustion incomplète ou pyrolyse des hydrocarbures dans des conditions contrôlées. Le composant principal est le carbone, qui contient une petite quantité d'impuretés telles que l'oxygène, l'hydrogène et le soufre. Le noir de carbone a une surface spécifique élevée et une bonne conductivité, ce qui en fait un matériau de remplissage et de pigment important.
Les principaux domaines d'application du noir de carbone comprennent les matériaux de renforcement en caoutchouc, les colorants plastiques, les matériaux conducteurs, les agents antistatiques et les pigments. Les caractéristiques du noir de carbone, telles que la taille des particules, la structure, la surface, la conductivité et les propriétés chimiques de surface, affectent directement son efficacité dans différentes applications.
II. Règles de dénomination du noir de carbone
La dénomination du noir de carbone est généralement basée sur son procédé de production, la taille de ses particules, sa structure et sa surface. Ces règles de dénomination nous aident à comprendre rapidement les principales propriétés physiques et chimiques d'un type particulier de noir de carbone.
1. Procédé de production du noir de carbone
Les procédés de production du noir de carbone sont principalement divisés en noir de four, noir de canal, noir de carbone de craquage thermique et noir d'acétylène. Différentes méthodes de production affecteront la taille des particules, la structure et la surface du noir de carbone.
Fournaise noire : Il s'agit du procédé de production le plus utilisé et représente la grande majorité de la production mondiale de noir de carbone. Le noir de four est fabriqué en brûlant des hydrocarbures liquides ou gazeux dans un four à haute température. Il se caractérise par une taille de particule contrôlable et une variété de types de produits. Le nom du noir de four commence généralement par « N », suivi de trois chiffres, tels que N220, N330, etc.
Canal noir : Ce procédé génère principalement du noir de carbone à la surface du brûleur par le biais d'hydrocarbures gazeux. Le noir de carbone présente une très petite taille de particules et des caractéristiques structurelles élevées. Il est principalement utilisé dans les encres et les revêtements haut de gamme. Son nom commence généralement par « C ».
Craquage thermique du noir de carbone : Il est produit par la réaction de décomposition thermique d'alcanes dans des conditions sans oxygène. Le noir de carbone produit par cette méthode a une taille de particules plus grande et une structure plus basse, ce qui le rend approprié pour les charges dans le caoutchouc et les plastiques conducteurs.
Acétylène noir : Il est produit par le craquage du gaz d'acétylène à haute température. Il présente une pureté et une conductivité extrêmement élevées ainsi qu'une petite taille de particules, ce qui le rend souvent utilisé dans des matériaux hautement conducteurs tels que les batteries et les électrodes.
2. Taille des particules et structure du noir de carbone
La taille des particules et la structure du noir de carbone sont des paramètres importants qui déterminent ses propriétés physiques. La taille des particules est généralement exprimée en nanomètres, tandis que la structure fait référence au degré d'agrégation des particules de noir de carbone, généralement caractérisé par la valeur d'absorption du DBP (phtalate de dibutyle). Plus la valeur est élevée, plus la structure est complexe.
Taille des particules : Plus la taille des particules de noir de carbone est petite, plus la surface spécifique est grande et meilleur est l'effet de renforcement, même si cela peut également augmenter la difficulté de traitement. Par exemple, la taille des particules de N110 est inférieure à 20 nanomètres, tandis que celle de N330 est comprise entre 30 et 60 nanomètres.
Structure: La structure du noir de carbone affecte directement les propriétés physiques et mécaniques du matériau, telles que la résistance et la résistance à l'usure. Le noir de carbone à structure élevée (comme le N220) a généralement un effet de renforcement important, mais nécessite des spécifications plus élevées pour l'équipement de mélange pendant le traitement.
3. Surface du noir de carbone
La surface spécifique du noir de carbone fait référence à la surface totale du noir de carbone par unité de masse, qui est généralement mesurée par la méthode BET et exprimée en m²/g. La taille de la surface affecte directement les performances de renforcement et la capacité de coloration du noir de carbone. D'une manière générale, plus la surface spécifique du noir de carbone est grande, plus la taille des particules est petite, ce qui se traduit par un meilleur effet de renforcement et une plus grande capacité de coloration.
III. Principales qualités de noir de carbone et leurs caractéristiques
Selon les règles de dénomination mentionnées ci-dessus, les différentes qualités de noir de carbone présentent des différences significatives en termes de structure, de taille des particules, de surface, etc. Voici une analyse détaillée des caractéristiques de certaines des principales qualités de noir de carbone.
1. Série N100 noir de carbone
La série N100 comprend les N110, N115, N121, etc. Ce type de noir de carbone présente une surface et une structure extrêmement élevées, avec une taille de particules très fine, généralement inférieure à 20 nanomètres. Ces caractéristiques rendent la série N100 particulièrement efficace pour renforcer le caoutchouc, en particulier dans les applications qui nécessitent une résistance élevée à l'usure et à la déchirure.
N110: Le N110 est la nuance représentative de cette série, avec la plus petite taille de particule et la plus haute performance de renforcement. Il est principalement utilisé pour le caoutchouc de bande de roulement des pneus haute performance, des produits en caoutchouc industriels, etc., améliorant considérablement la résistance à la déchirure et à l'usure du matériau. Cependant, en raison de sa structure élevée, il peut y avoir certaines difficultés de dispersion pendant le traitement, et les exigences en matière d'équipement de mélange sont relativement élevées.
2. Série N200 Carbone Noir
La série N200 de noir de carbone comprend N220, N231, N234, etc. Ces grades ont des tailles de particules légèrement plus grandes que la série N100 mais conservent toujours une structure élevée, ce qui les rend adaptés aux applications qui nécessitent un renforcement élevé et un traitement facile.
N220: Le N220 est une nuance plus courante de la série N200, offrant un meilleur équilibre global des performances. Sa structure et son effet de renforcement sont supérieurs à ceux de la série N300, et il est généralement utilisé dans les bandes de roulement des pneus, les produits en caoutchouc industriels, les bandes transporteuses et d'autres applications nécessitant une résistance élevée à l'usure. Le N220 présente également des performances de traitement relativement bonnes tout en conservant une excellente résistance à l'usure.
N234: Le N234 présente une surface plus importante que le N220, ce qui lui confère un effet de renforcement plus fort, mais ses performances de traitement sont relativement médiocres. Il convient aux applications qui exigent une résistance à l'usure extrêmement élevée, comme les pneus de course.
3. Série N300 Carbone Noir
La série N300 de noir de carbone comprend les séries N330, N339, N351, etc. et est l'une des séries de noir de carbone les plus utilisées. Ces grades ont des surfaces et des structures moyennes, offrent de bonnes performances de traitement et des effets de renforcement, et sont couramment utilisés dans les pneus généraux et divers produits en caoutchouc industriels.
N330: Le N330 est le noir de carbone le plus courant, avec une taille de particule et une structure modérées, ce qui le rend adapté à la plupart des produits en caoutchouc. Son domaine d'application est large, notamment les bandes de roulement, les flancs, les tuyaux, les joints, etc.
N339: Le N339 présente une structure et une surface plus élevées, ce qui lui confère une meilleure capacité de renforcement que le N330, mais la difficulté de traitement augmente en conséquence. Il convient aux produits en caoutchouc ayant des exigences de performances plus élevées, tels que les pneus d'ingénierie et les pneus poids lourds.
4. Série N500 Carbone Noir
La série N500 de noir de carbone comprend des nuances telles que N550 et N560, qui présentent des surfaces et des structures plus petites. Elles offrent de bonnes performances de traitement et certains effets de renforcement, ce qui les rend adaptées aux produits qui nécessitent une résistance accrue mais ne nécessitent pas une résistance élevée à l'usure.
N550: Le N550 est la nuance représentative de cette série, connue pour ses bonnes performances de traitement et sa capacité de récupération élastique. Il est largement utilisé dans les produits en caoutchouc tels que les flancs de pneus, les tuyaux et les gaines de câbles. Sa faible surface et sa structure contribuent à une faible perte par hystérésis et à une excellente résistance au vieillissement dans les applications.
5. Série N600 Carbone Noir
Le noir de carbone de la série N600, notamment les grades N660 et N683, se caractérise par des particules de grande taille et une structure fine. Ce type de noir de carbone est généralement utilisé dans les applications qui nécessitent de bonnes performances de traitement, telles que les chambres à air et le caoutchouc d'amortisseur.
N660: Le N660 est une nuance typique de la série N600, offrant de bonnes performances de traitement et une bonne capacité de récupération élastique. Il convient aux produits en caoutchouc nécessitant une faible perte par hystérésis, tels que les revêtements intérieurs de pneus et les matériaux intérieurs d'automobiles.
6. Série N700 Carbone Noir
Le noir de carbone de la série N700, comprenant les grades N772 et N774, présente la structure et la surface les plus faibles. Il convient aux applications nécessitant une faible résistance à l'usure mais une bonne élasticité et une bonne résistance à la fatigue.
N772: Le N772 présente une faible surface spécifique et une structure faible, ce qui le rend principalement utilisé dans des applications telles que les revêtements intérieurs de pneus et les intérieurs d'automobiles qui nécessitent une faible résistance à l'usure mais une grande élasticité. Sa faible surface et sa structure contribuent à une bonne résistance à la fatigue.
7. N990 Noir de carbone
Le noir de carbone N990 a une taille de particule plus grande, généralement comprise entre 250 et 350 nanomètres. Cela se traduit par une surface spécifique plus faible (environ 9 à 11 m²/g) par rapport à la plupart des noirs de carbone de four. Cela conduit à un effet de renforcement plus faible. Le noir de carbone N990 a une structure très basse, offrant une forte capacité de remplissage dans le caoutchouc mais un effet de renforcement limité. Il est donc plus adapté aux applications nécessitant une élasticité élevée et une faible perte par hystérésis.
Grâce à sa structure unique, le noir de carbone N990 offre une bonne résistance à la chaleur et au vieillissement du caoutchouc. Sa structure basse permet d'éviter la déformation des produits en caoutchouc à haute température et offre une bonne résistance à l'ozone.
Contrairement aux noirs de carbone à structure élevée, le noir de carbone N990 présente une conductivité extrêmement faible. Il est très efficace dans les applications qui nécessitent des propriétés isolantes. C'est également un choix idéal pour certains câbles, joints et autres produits en caoutchouc nécessitant une isolation électrique.
8. Pigment noir
Le Pigment Black est un type de noir de carbone spécifiquement utilisé pour la coloration. Il possède un pouvoir colorant et une stabilité à la lumière extrêmement élevés, avec une taille de particule généralement inférieure à 10 nanomètres. Le Pigment Black est largement utilisé dans les produits qui nécessitent une coloration noire profonde, tels que les encres, les revêtements et les plastiques.
Caractéristiques: Les principales caractéristiques du Pigment Black sont sa taille de particule extrêmement fine et sa grande pureté. Il lui permet de fournir un effet de coloration noire de haute intensité, ainsi qu'une bonne stabilité à la lumière et une bonne résistance aux intempéries. En fonction des différentes exigences d'application, Pigment Black peut également ajuster sa surface et sa structure. cas il permet d'obtenir des forces de teinture et des performances de dispersion variables.
Application: Le pigment noir est largement utilisé dans les encres d'impression, les produits en plastique, les revêtements, les matériaux de construction et d'autres domaines. En raison de son fort pouvoir colorant, une petite quantité de pigment noir peut obtenir un effet colorant efficace. Cela le rend courant dans la fabrication de mélanges maîtres et d'encres.
En tant que matériau industriel important, les règles de dénomination et les caractéristiques de marque du noir de carbone fournissent des références essentielles pour la compréhension et l'application. Les différences de taille des particules, de structure, de surface et d'autres propriétés entre les différentes marques de noir de carbone déterminent leurs performances. Par exemple, dans le caoutchouc, les plastiques, les revêtements, les matériaux conducteurs et d'autres domaines. En sélectionnant et en utilisant correctement le noir de carbone, les propriétés des matériaux peuvent être optimisées pour répondre aux besoins d'application spécifiques. Ces propriétés jouent un rôle indispensable dans la production industrielle moderne et servent de base cruciale pour la conception de matériaux hautes performances.
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