Il carbon black è un importante materiale industriale ampiamente utilizzato in gomma, plastica, inchiostri, rivestimenti e altri campi. Le regole di denominazione e le caratteristiche del marchio di carbon black sono fondamentali per comprenderne le prestazioni e le applicazioni. Questo articolo discuterà in dettaglio le regole di denominazione del carbon black, analizzerà le caratteristiche del carbon black di diversi marchi ed esplorerà le sue prestazioni in varie applicazioni.
IO. Definizione e concetti base del carbon black
Il carbon black è una sostanza micropolverizzata nera generata dalla combustione incompleta o pirolisi di idrocarburi in condizioni controllate. Il componente principale è il carbonio, che contiene una piccola quantità di impurità come ossigeno, idrogeno e zolfo. Il nero di carbonio ha un'elevata area superficiale e una buona conduttività, il che lo rende un importante materiale di riempimento e pigmento.
I principali campi di applicazione del carbon black includono materiali di rinforzo in gomma, coloranti plastici, materiali conduttivi, agenti antistatici e pigmenti. Le caratteristiche del carbon black, come la dimensione delle particelle, la struttura, l'area superficiale, la conduttività e le proprietà chimiche superficiali, influenzano direttamente la sua efficacia in diverse applicazioni.
II. Regole di denominazione del carbon black
La denominazione del carbon black si basa solitamente sul suo processo di produzione, sulla dimensione delle particelle, sulla struttura e sull'area superficiale. Queste regole di denominazione ci aiutano a comprendere rapidamente le principali proprietà fisiche e chimiche di un particolare tipo di carbon black.
1. Processo di produzione del carbon black
I processi di produzione del carbon black sono principalmente divisi in furnace black, channel black, thermal cracking carbon black e acetylene black. Diversi metodi di produzione influenzeranno la dimensione delle particelle, la struttura e l'area superficiale del carbon black.
Fornace nera: Questo è il processo di produzione più ampiamente utilizzato e rappresenta la stragrande maggioranza della produzione globale di carbon black. Il nero di fornace è prodotto bruciando idrocarburi liquidi o gassosi in una fornace ad alta temperatura. È caratterizzato da dimensioni delle particelle controllabili e da una varietà di tipi di prodotti. Il nome del nero di fornace di solito inizia con "N", seguito da tre cifre, come N220, N330, ecc.
Canale nero: Questo processo genera principalmente carbon black sulla superficie del bruciatore tramite idrocarburi gassosi. Il channel black ha una dimensione delle particelle molto piccola e caratteristiche strutturali elevate. Viene utilizzato principalmente in inchiostri e rivestimenti di alta qualità. Il suo nome inizia solitamente con "C".
Nerofumo da cracking termico: Questo è prodotto dalla reazione di decomposizione termica degli alcani in condizioni di assenza di ossigeno. Il carbon black prodotto con questo metodo ha una dimensione delle particelle maggiore e una struttura inferiore, il che lo rende adatto per riempitivi in gomma conduttiva e materie plastiche.
Acetilene nero: Questo è generato dalla rottura del gas acetilene ad alte temperature. Ha una purezza estremamente elevata, conduttività e piccole dimensioni delle particelle, spesso utilizzato in materiali altamente conduttivi come batterie ed elettrodi.
2. Dimensioni e struttura delle particelle del carbon black
La dimensione delle particelle e la struttura del carbon black sono parametri importanti che determinano le sue proprietà fisiche. La dimensione delle particelle è solitamente espressa in nanometri, mentre la struttura si riferisce al grado di aggregazione delle particelle di carbon black, tipicamente caratterizzato dal valore di assorbimento del DBP (Dibutyl Phthalate). Più alto è il valore, più complessa è la struttura.
Dimensione delle particelle: Più piccola è la dimensione delle particelle di carbon black, maggiore è la superficie specifica e migliore è l'effetto di rinforzo, sebbene possa anche aumentare la difficoltà di lavorazione. Ad esempio, la dimensione delle particelle di N110 è inferiore a 20 nanometri, mentre quella di N330 è compresa tra 30 e 60 nanometri.
Struttura: La struttura del carbon black influenza direttamente le proprietà fisiche e meccaniche del materiale, come la resistenza e la resistenza all'usura. Il carbon black ad alta struttura (come N220) di solito ha un effetto di rinforzo significativo, ma richiede specifiche più elevate per l'attrezzatura di miscelazione durante la lavorazione.
3. Superficie del carbon black
L'area superficiale specifica del carbon black si riferisce all'area superficiale totale del carbon black per unità di massa, che di solito è misurata con il metodo BET ed espressa in m²/g. La dimensione dell'area superficiale influenza direttamente le prestazioni di rinforzo e la capacità colorante del carbon black. In generale, maggiore è l'area superficiale specifica del carbon black, minore è la dimensione delle particelle, con conseguente migliore effetto di rinforzo e maggiore capacità colorante.
PARTE III Principali gradi di carbon black e loro caratteristiche
Secondo le regole di denominazione sopra menzionate, diversi gradi di carbon black presentano differenze significative nella struttura, nella dimensione delle particelle, nell'area superficiale e altro. Di seguito è riportata un'analisi dettagliata delle caratteristiche di alcuni dei principali gradi di carbon black.
1. Serie N100 nero carbone
La serie N100 comprende N110, N115, N121, ecc. Questo tipo di carbon black ha un'area superficiale e una struttura estremamente elevate, con una granulometria molto fine, solitamente inferiore a 20 nanometri. Queste caratteristiche rendono la serie N100 particolarmente efficace nel rinforzo della gomma, specialmente in applicazioni che richiedono elevata resistenza all'usura e allo strappo.
N110: N110 è il grado rappresentativo di questa serie, con la dimensione delle particelle più piccola e le massime prestazioni di rinforzo. Viene utilizzato principalmente per la gomma del battistrada in pneumatici ad alte prestazioni, prodotti in gomma industriali e altro, migliorando significativamente la resistenza allo strappo e all'usura del materiale. Tuttavia, a causa della sua elevata struttura, potrebbero esserci alcune difficoltà di dispersione durante la lavorazione e i requisiti per le apparecchiature di miscelazione sono relativamente elevati.
2. Serie N200 Carbon Black
La serie N200 di carbon black comprende N220, N231, N234, ecc. Questi gradi hanno dimensioni delle particelle leggermente maggiori rispetto alla serie N100, ma mantengono comunque una struttura elevata, rendendoli adatti per applicazioni che richiedono un elevato rinforzo e una facile lavorazione.
N220: N220 è un grado più comune nella serie N200, che offre un migliore equilibrio complessivo delle prestazioni. La sua struttura e l'effetto di rinforzo sono superiori a quelli della serie N300, ed è tipicamente utilizzato nei battistrada degli pneumatici, nei prodotti industriali in gomma, nei nastri trasportatori e in altre applicazioni che richiedono un'elevata resistenza all'usura. N220 ha anche prestazioni di lavorazione relativamente buone, mantenendo al contempo un'eccellente resistenza all'usura.
N234: N234 ha una superficie maggiore di N220, offrendo un effetto di rinforzo più forte, ma con prestazioni di lavorazione relativamente scarse. È adatto per applicazioni che richiedono una resistenza all'usura estremamente elevata, come gli pneumatici da corsa.
3. Serie N300 Carbon Black
La serie N300 di carbon black include N330, N339, N351, ecc., ed è una delle serie di carbon black più ampiamente utilizzate. Questi gradi hanno aree superficiali e strutture medie, offrono buone prestazioni di lavorazione ed effetti di rinforzo e sono comunemente utilizzati in pneumatici generici e vari prodotti industriali in gomma.
N330: N330 è il carbon black più tipico, caratterizzato da una dimensione e una struttura delle particelle moderate, che lo rendono adatto alla maggior parte dei prodotti in gomma. La sua gamma di applicazioni è ampia, e comprende battistrada, fianchi, tubi flessibili, guarnizioni e altro ancora.
N339: N339 ha una struttura e una superficie più elevate, con conseguente maggiore capacità di rinforzo rispetto a N330, ma la difficoltà di lavorazione aumenta di conseguenza. È adatto per prodotti in gomma con requisiti di prestazioni più elevati, come pneumatici ingegneristici e pneumatici per impieghi gravosi.
4. Serie N500 Carbon Black
La serie N500 di carbon black include gradi come N550 e N560, che hanno aree superficiali e strutture inferiori. Offrono buone prestazioni di lavorazione e determinati effetti di rinforzo, rendendoli adatti per prodotti che necessitano di maggiore resistenza ma non richiedono elevata resistenza all'usura.
N550: N550 è il grado rappresentativo di questa serie, noto per le sue buone prestazioni di lavorazione e la capacità di recupero elastico. È ampiamente utilizzato in prodotti in gomma come fianchi di pneumatici, tubi flessibili e guaine per cavi. La sua bassa area superficiale e la sua struttura contribuiscono a una bassa perdita di isteresi e a un'eccellente resistenza all'invecchiamento nelle applicazioni.
5. Serie N600 Carbon Black
Il carbon black della serie N600, che include gradi come N660 e N683, è caratterizzato da grandi dimensioni delle particelle e bassa struttura. Questo tipo di carbon black è solitamente utilizzato in applicazioni che richiedono buone prestazioni di lavorazione, come camere d'aria e gomma per ammortizzatori.
N660: N660 è un grado tipico della serie N600, che offre buone prestazioni di lavorazione e capacità di recupero elastico. È adatto per prodotti in gomma che richiedono una bassa perdita di isteresi, come rivestimenti interni di pneumatici e materiali per interni di automobili.
6. Serie N700 Carbon Black
Il nero di carbonio della serie N700, che include gradi come N772 e N774, ha la struttura e l'area superficiale più basse. È adatto per applicazioni con bassi requisiti di resistenza all'usura ma buona elasticità e resistenza alla fatica.
N772: N772 presenta una bassa area superficiale specifica e struttura, il che lo rende utilizzato principalmente in applicazioni come rivestimenti interni di pneumatici e interni di automobili che richiedono bassa resistenza all'usura ma elevata elasticità. La sua bassa area superficiale e struttura contribuiscono a una buona resistenza alla fatica.
7. N990 Nero Carbonio
Il carbon black N990 ha una dimensione delle particelle più grande, in genere tra 250-350 nanometri. Ciò si traduce in una superficie specifica inferiore (circa 9-11 m²/g) rispetto alla maggior parte dei carbon black da forno. Ciò comporta un effetto di rinforzo inferiore. Il carbon black N990 ha una struttura molto bassa, che fornisce una forte capacità di riempimento nella gomma ma un effetto di rinforzo limitato. Quindi è più adatto per applicazioni che richiedono elevata elasticità e bassa perdita di isteresi.
Grazie alla sua struttura unica, il carbon black N990 offre una buona resistenza al calore e all'invecchiamento della gomma. La sua bassa struttura aiuta a prevenire la deformazione dei prodotti in gomma ad alte temperature e fornisce una buona resistenza all'ozono.
A differenza dei carbon black ad alta struttura, il carbon black N990 ha una conduttività estremamente bassa. È molto efficace nelle applicazioni che richiedono proprietà isolanti. È anche una scelta ideale per alcuni cavi, guarnizioni e altri prodotti in gomma che richiedono isolamento elettrico.
8. Pigmento Nero
Pigment Black è un tipo di carbon black usato specificamente per la colorazione. Ha un potere colorante estremamente elevato e stabilità alla luce, con una dimensione delle particelle solitamente inferiore a 10 nanometri. Pigment Black è ampiamente usato in prodotti che richiedono una colorazione nera profonda, come inchiostri, rivestimenti e materie plastiche.
Caratteristiche: Le caratteristiche principali di Pigment Black includono la sua granulometria estremamente fine e l'elevata purezza. Ciò gli consente di fornire un effetto di colorazione nera ad alta intensità, insieme a una buona stabilità alla luce e resistenza alle intemperie. A seconda dei diversi requisiti applicativi, Pigment Black può anche adattare la sua area superficiale e la sua struttura. In questo caso consente di ottenere diverse intensità di colorazione e prestazioni di dispersione.
Applicazione: Pigment Black è ampiamente utilizzato negli inchiostri da stampa, nei prodotti in plastica, nei rivestimenti, nei materiali da costruzione e in altri campi. Grazie al suo forte potere colorante, una piccola quantità di Pigment Black può ottenere un effetto colorante efficace. Ciò lo rende comune nella produzione di masterbatch e inchiostri.
In quanto importante materiale industriale, le regole di denominazione e le caratteristiche del marchio del carbon black forniscono riferimenti essenziali per la comprensione e l'applicazione. Le differenze di dimensioni delle particelle, struttura, area superficiale e altre proprietà tra i diversi marchi di carbon black determinano le loro prestazioni. Ad esempio, in gomma, plastica, rivestimenti, materiali conduttivi e altri campi. Selezionando e utilizzando correttamente il carbon black, le proprietà dei materiali possono essere ottimizzate per soddisfare specifiche esigenze applicative. Queste proprietà svolgono un ruolo indispensabile nella moderna produzione industriale e servono come base cruciale per la progettazione di materiali ad alte prestazioni.
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