1前言

炭黑＇�span style="BOX-SIZING: border-box">Carbon Black）是由烃类化合物经不完全燃烧或热裂解生成，主要用于橡胶补强，目前全世界炭黑消耗量皃�span style="BOX-SIZING: border-box">90%以上用于橡胶工业。在橡胶基体中引入炭黑能够显著提高橡胶制品的机械性能，如增加硬度、拉伸强度和耐磨性等，改善胶料的加工工艺性能，及降低成本。目前，炭黑仍是橡胶工业中最重要的补强填充剂，而炭黑的比表面积是影响橡胶制品补强性能非常重要的因素之一^[1]、�/span>

通常炭黑的比表面积又分为内比表面积和外比表面积，炭黑的外比表面积是一个特定的概念，炭黑的补强作用必须通过对橡胶分子链的结合才能实现，但当炭黑表面的孔很小时，橡胶分子进不去，这部分孔的内表面不起补强作用，应予扣除，因此把扣除橡胶分子进不去的那些小孔（孔径大约≣�span style="BOX-SIZING: border-box">2nm）的内表面后的表面积称为外表面积。本文旨在研究不同的选点范围对炭黑样品的比表面和外比表面积大小的影响、�/span>

2实验部分

测试方法：氮吸附法，具体参照GB/T 10722-2014“炭黑总表面积和外表面积的测定氮吸附法”标凅�/span>^[2]：�/span>

测试仪器９�span style="BOX-SIZING: border-box">BK400A、�/span>

氮吸附表面积＇�span style="BOX-SIZING: border-box">nitrogen surface area）简�?span style="BOX-SIZING: border-box">NSA，按BET理论计算得到炭黑的总表面积、�/span>

统计吸附层厚度表面积＇�span style="BOX-SIZING: border-box">statistical thickness surface area）简�?span style="BOX-SIZING: border-box">STSA，由de Boer理论和炭黑模型计算得炭黑的外表面积、�/span>

2.1选点范围对比表面积的影响

�?span style="BOX-SIZING: border-box">1列举了四种由“全国橡标委炭黑分委会”发布的标准参比炭黑SRB-8的比表面积和外比表面积参考值，分别�?/span>A8�?/span>C8�?/span>E8咋�/span>G8，具体数值详见表1、�/span>

�?/span>1标准参比炭黑8#＇�/span>SRB-8）文献倻�/span>

�?/span>2相对压强范围的确宙�/span>

�?span style="BOX-SIZING: border-box">2是‛�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">GB/T 10722-2014“�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">标准中给出的炭黑和白炭黑比表面范围，与所对应的合适的相对压强范围、�/span>

�?/span>3标准参比炭黑8#＇�/span>SRB-8（�/span>NSA实测倻�/span>

国�/span>1不同选点对四种标准炭黑的实测值影哌�/span>

�?span style="BOX-SIZING: border-box">3丹�span style="BOX-SIZING: border-box">A8�?span style="BOX-SIZING: border-box">C8�?span style="BOX-SIZING: border-box">E8咋�span style="BOX-SIZING: border-box">G8四种炭黑标样，分别在P/P₀:0.05-0.3和‛�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">GB/T 10722-2014”规定的相对压强范围下计算的比表面积。整体来看，陣�span style="BOX-SIZING: border-box">G8外，使用标准规定的选点范围得到的线性相关系�?span style="BOX-SIZING: border-box">Cc略高于常规选点，但均满足比表面测试要求皃�span style="BOX-SIZING: border-box">Cc�?span style="BOX-SIZING: border-box">0.9999。如国�span style="BOX-SIZING: border-box">1所示，以标准炭黑文献值中的比表面范围为纵坐标，可以非常明了地观察到这4组标样（8个样品）的比表面积均在文献值规定的范围内、�/span>

综上所述，常规皃�span style="BOX-SIZING: border-box">BET选点范围与标准规定的相对压强范围所得到皃�span style="BOX-SIZING: border-box">NSA均满足测试要求，用户可根据需要，自行选择、�/span>

同样地，�?span style="BOX-SIZING: border-box">4显示了测试的另外7组炭黑样品，�?span style="BOX-SIZING: border-box">P/P₀:0.05-0.3和‛�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">GB/T 10722-2014”规定的相对压强范围下计算的比表面积。整体来看，陣�span style="BOX-SIZING: border-box">N234之外，使用标准规定的选点范围得到皃�span style="BOX-SIZING: border-box">Cc略高于常规选点范围，但均满足测试要求，且测试结果相差不大、�/span>

�?/span>4某客户炭黑样品的比表面积实测倻�/span>

2.2选点范围对外表面积的影响

�?span style="BOX-SIZING: border-box">STP条件下每克试样吸附的氮气体积＇�span style="BOX-SIZING: border-box">Va）与统计吸附层厚度（t）的函数关系作图来测定炭黑的STSA、�/span>

�?span style="BOX-SIZING: border-box">Va（在STP条件下，mL/g）为y轴（纵坐标）＋�span style="BOX-SIZING: border-box">t＇�span style="BOX-SIZING: border-box">10^-10m）为x轴（横坐标）佛�span style="BOX-SIZING: border-box">Va-t图，按下式计箖�span style="BOX-SIZING: border-box">t９�/span>

t=0.88(p/p₀)²+6.45(p/p₀)+2.98

国家标准‛�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">GB/T 10722-2014炭黑总表面积和外表面积的测定氮吸附法”、美国标准‛�span style="BOX-SIZING: border-box">ASTM D6556-14 Standard Test Method for Carbon Black—Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption”和欧盟标准‛�span style="BOX-SIZING: border-box">ISO 18852-2015 Rubber compounding ingredients-Determination of multipoint nitrogen surface area (NSA) and statistical thickness surface area (STSA)”标凅�sup style="BOX-SIZING: border-box; FONT-SIZE: 12px; VERTICAL-ALIGN: baseline; POSITION: relative; LINE-HEIGHT: 0; TOP: -0.5em">[2-4]都规定了统计吸附层厚度（t）取p/p₀�?span style="BOX-SIZING: border-box">0.2-0.5范围内的数据，即t的范围是0.43-0.65、�/span>

GB/T 10722-2014标准规定，统计吸附层厚度表面�?/span>S_STSA，重复性：两次独立测试结果之差不大于平均值的3.49%，再现性：两个独立测试结果之差不大于平均值的6.87%、�/span>

�?/span>5标准参比炭黑8#＇�/span>SRB-8（�/span>STSA实测倻�/span>

�?span style="BOX-SIZING: border-box">5显示了在不同t图选点范围内，C8咋�span style="BOX-SIZING: border-box">E8炭黑标样皃�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">S_STSA数据。重复性是以对应标栶�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">S_STSA的中值为参考，虽然在不吋�span style="BOX-SIZING: border-box">t图选点范围内计算的重复性均满足GB/T 10722-2014标准规定的重复性要求，但当t=0.35-0.55时，样品皃�/span>S_STSA重复性最好；并且在三组选点范围内，只有t=0.35-0.55时，标样皃�/span>S_STSA符合标准参比炭黑8#＇�/span>SRB-8）文献值提供的范围，详见表1、�/span>

综上所述，按照国标等要求的吸附层厚�?/span>t＇�/span>0.43-0.65）所得到皃�/span>S_STSA与标准参比炭黐�/span>SRB-8提供皃�/span>S_STSA不吻合。以C8-1为例，不同的t图选点所得到皃�/span>S_STSA差值可高达8.5%，说昍�/span>t的范围对炭黑样品的外比表面影响很大，所以用户需要根据自家产品的要求，确定合适的吸附层厚度（t）范围、�/span>

�?/span>6某客户炭黑样品的外比表面积实测倻�/span>

�?span style="BOX-SIZING: border-box">6显示了测试的另外7组炭黑样品，在‛�span style="BOX-SIZING: border-box">t=0.43-0.65”、‛�span style="BOX-SIZING: border-box">t=0.35-0.55”和‛�span style="BOX-SIZING: border-box">t=0.35-0.65”不同的t图选点范围内测得的S_STSA。结果与�?span style="BOX-SIZING: border-box">5中炭黑标样的测试结果相互印证＋�span style="BOX-SIZING: border-box; LINE-HEIGHT: 21px">t图范围不同，得到的外比表面有明显差别，同样说明了t的选点对炭黑样品的外比表面有很大影响、�/span>

3小结

对比表面积而言，常规的BET选点范围＇�span style="BOX-SIZING: border-box">P/P0=0.05-0.3）与标准规定的相对压强范围所得到的标准炭黑（SRB8（�span style="BOX-SIZING: border-box">NSA均满足测试要求，结果相差不高亍�span style="BOX-SIZING: border-box">0.6%、�/span>

对外比表面积而言，按照国标等要求的吸附层厚度t＇�/span>0.43-0.65）所得到皃�/span>S_STSA与标准参比炭黐�/span>SRB-8提供皃�/span>S_STSA不一致。炭黑标样与客户炭黑样品均表明了t的范围对炭黑样品的外比表面影响有较大影响，所以用户需要根据自家产品的要求，确定合适的吸附层厚度（t）范围、�/span>

4参考文�?/span>

[1]甘顺昋�/span>.高填充炭黐�/span>/天然橡胶混炼胶及其凝胶的非线性黏弹行为研穵�/span>[D].浙江大学,2016.

[2]GB/T 10722-2014,炭黑总表面积和外表面积的测定氮吸附法[S].

[3]ASTM D6556-14,Standard Test Method for Carbon Black—Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption[S].

[4]ISO 18852-2015,Rubber compounding ingredients-Determination of multipoint nitrogen surface area (NSA) and statistical thickness surface area (STSA) [S].