炭黑是一種常用的填料，廣泛應用于橡膠工業中。相對于未添加填料的橡膠材料，炭黑填充的橡膠具有更優異的力學性能，如強度、硬度、耐久性和耐磨性等。炭黑還能改善橡膠材料的加工性能和成本效益。本文將會全面介紹炭黑補強橡膠的基本原理和機制。
1. 填料的作用
填料是一種不活潑的材料，在橡膠中作為慣性物，和橡膠之間的相互作用對于橡膠材料的性能有著重要的影響。填料對橡膠材料的影響機制可以分為三個方面：
1)增加橡膠材料的幾何尺寸，提高材料的密度，從而變形時產生更多的硬化防止裂紋的擴展。
2)增加橡膠材料的表面積，提高材料與周圍環境之間的相互作用，包括化學作用和物理作用。
3)根據不同填充材料的特點選擇不同的填充方式，進一步強化橡膠的特殊性能。
2. 炭黑填料的特點
炭黑填料是一種非金屬填料，具有很高的比表面積和大量的親氧基團。由于建立在碳鏈上的結構和大量的微孔，炭黑實際上是一種碳纖維。當用來填充橡膠時，炭黑的表面積越大、微孔越多，橡膠填充性能就會越強。
炭黑填料的表面可以與橡膠結合形成化學鍵，用于強化橡膠的硬度、耐磨性和耐久性等特殊性能。同時，炭黑的表面也可以增加橡膠與空氣接觸時的摩擦力，從而提高了橡膠的抗裂性、低溫強度和阻燃性。
3. 炭黑填料的應用
炭黑填料應用于絕大部分橡膠工業中，廣泛用于輪胎、工業橡膠制品、密封材料和電纜等領域。與其他填充材料相比，炭黑盛行的主要原因是其結構和性質適合橡膠加工工藝的要求，同時具有優良的加工性能和性能特征。
4. 炭黑填料的機制
炭黑填料的機制可以分為三個方面。
1)物理機制
在橡膠基體中，炭黑填料可以增加材料的堆密度和表面積，從而增加性能，同時也可以通過改變材料的形態，提高橡膠的強度、硬度和耐久性等特殊性能。
2)化學機制
炭黑的表面含有大量的親氧基團，在橡膠中可以與橡膠中的聚合物形成化學鍵，從而強化，并防止裂紋和裂縫的擴展。
3)表面修飾機制
炭黑在制造過程中可能會受到污染，造成雜質和不純物質。因此，需要采用表面修飾技術對其進行處理，例如氧氣等離子體表面改性(O2-PI)，表面硅烷化等，從而提高炭黑的加工性能和性能特征。
在補強橡膠材料時，需要考慮到填料的性質、性能和適用的工藝要求。炭黑填充的橡膠是一種經過充分考慮和設計的工業材料，已被廣泛應用于各種領域，如輪胎、工業橡膠制品、密封材料和電纜等。
