影响炭黑造粒质量的因素(黑色母粒常见问题17个及决定黑色母质量关键因素)

Posted 2023-05-26

篇首语：生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了影响炭黑造粒质量的因素(黑色母粒常见问题17个及决定黑色母质量关键因素)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

影响炭黑造粒质量的因素(黑色母粒常见问题17个及决定黑色母质量关键因素)

在塑料、热塑性弹性体材料改性及制品加工成型领域，都会用到黑色母，相对于直接使用炭黑比，使用黑色母粒，更加方便，环境更友好，本文主要讲述黑色母的常见问题，及决定黑色母质量的关键因素：

一、17个黑色母的常见问题

1.1. 黑色母粒是由哪些材料组成的？

组成黑色母粒的材料有：A. 碳黑；B. 碳黑载体；C. 碳黑润湿剂；D. 碳黑分散剂；E. 其他加工助剂。

1.2. 黑色母粒用碳黑有哪些？

按照国际分类，我国有三十多个品种，主要分为橡胶用和非橡胶用两大类。

在橡胶用碳黑中主要是耐磨碳黑，能有效地提高橡胶轮胎的耐磨性;在非橡胶用碳黑中，真正能作为黑色母粒得碳黑只有几种。

以槽法碳黑在塑料中应用最为广泛，这主要由于其来源丰富，纯度高，粒径小。这其中，又分为高色素碳黑(粒径9-17mm)，中色素碳黑(粒径18-25mm)和低色素碳黑(粒径26-37mm)。

由于碳黑品种不同，价格差异很大。碳黑粒子由于其本身具有多活泼性，很少以原生粒子存在，几乎都以一定范围粒径得团聚粒子存在。

1.3. 碳黑载体是怎么回事？

载体就是承载碳黑的物质。一般塑料制品使用什么原料，载体就使用什么原料。这样制造的黑色母粒与塑料原料相容性较好。

如：PS(聚苯乙烯)塑料制品，其使用的黑色母粒载体就是PS。对于聚乙烯塑料制品，载体就是聚乙烯。但是，一般选用LDPE(高压聚乙烯)，因为LDPE承载碳黑能力最强，且加工性能好。

而其他聚乙烯HDPE和LLDPE只能制造低浓度黑色母粒。对于PP(聚丙烯)塑料制品，只能使用PP和LDPE为载体的黑色母粒，但不能使用HDPE和LLDPE及其他塑料为载体的黑色母粒，主要还是考虑到PP与HDPE、LLDPE的相容性要更差点，会导致PP变脆。当然也有用回收料做载体的黑色母粒。

通用的载体一般会选择EVA，更高级的载体会选择其它乙烯基弹性体，气味更小。

1.4. 为什么碳黑需要润湿剂？

碳黑比重约2g/cm3，由于碳黑粒径很小，表现密度就很小，显得蓬松，似乎很轻。要顺利加工，就必须先将碳黑润湿。润湿剂的选择非常关键。

为降低成本，大量使用白油或石蜡之类的产品的企业不在少数，将会严重影响所加工制品的强度。

1.5. 碳黑母料使用的分散剂有哪些？

分有机分散剂和无机分散剂两类。高档黑色母料使用有机分散剂，主要用于使用环境要求较高的塑料制品，如滴灌产品。

低档黑色母粒使用无机分散剂，常用有碳酸钙。可以从母粒包装判断，25公斤只有半袋的肯定是使用无机分散剂;满袋的是使用有机分散剂的黑色母粒。使用无机分散剂可以大大降低黑色母粒成本，但很致命的是碳酸钙具有加速塑料制品老化的作用。

韧普利小编注：另外碳酸钙在阻燃场合，对阻燃剂的起到一定的抑制，所以，一般阻燃级材料，比如阻燃热塑性弹性体中，都不能添加含有碳酸钙的黑色母粒。

1.6. 黑色母粒也需要加工助剂吗？

当然需要。顺利的加工过程需要正确选择抗氧剂、内润滑剂、外润滑剂、改性剂和抗静电剂。

1.7. 黑色母粒有哪些加工方法？

有三种：单螺杆法，双螺杆法和密炼法：

1.7.1. 单螺杆法：使用拌料机将物料混合后，由单螺杆挤出机拉条造粒，一般碳黑浓度在18-20%，工艺落后，生产现场环境条件差，属被淘汰工艺，不排除一些刚起步小厂仍使用此法加工。

韧普利小编注：目前有一部分企业采用的是往复式单螺杆混炼挤出机，该种机型，螺杆一边旋转，一边前后运动，并且筒体上销钉，混炼分散的效果非常好。

1.7.2. 双螺杆法：使用拌料机将物料混合后，由双螺杆挤出机拉条或水环造粒，由于双螺杆机本身混炼能力有限，母粒一般碳黑浓度在25-32%。

1.7.3. 密炼法：使用拌料机将物料混合后，加入密炼机捏合后，再由喂料机喂入双螺杆挤出机，经水环或水下切粒，母料一般碳黑浓度在40-45%。

1.8. 加工方法对母粒性能有影响吗？

是的。显然，密炼法提高了载体对碳黑的承载能力，同时碳黑能更均匀地进入载体。

发挥密炼机机械捏合优势，破碎团聚粒子，使碳黑粒子团聚粒度大大降低，母粒中碳黑粒径及其分布均匀，是其他两种方法不能替代的。

韧普利小编注：曾经在15年前使用过单螺杆做的黑色母粒，添加到热塑性橡胶TPV中，客户直接挤出建筑密封条。发现表观有颗粒，后来一检查，原来是黑色母里面的炭黑没有分散开，用手直接抠那个颗粒，感觉有点硬，但一用力，就完全是黑粉。

1.9. 黑色母粒在哪些方面具有突出表现？

在塑料制品染色方面，黑色母粒只需0.6%-0.8%，就会奇黑无比，再多加也不会更黑了。

据试验数据显示，在新疆地区户外使用的制品，如需要依靠黑色母粒防老化，只要使用优质黑色母粒(而不是回料做载体，白油润湿，碳酸钙分散等等的那种)，碳黑在制品中含量达到2-2.5%，即：每100公斤原料中，有5-6份(重量)含碳黑40%的母粒，所起到的作用远远超过任何防老化产品，产品寿命可以达到10年以上。

这就是为什么滴灌产品，输水产品，通信电缆产品都是黑色的。另外，碳黑对制品强度增加，导电性增强等方面都有特殊贡献。

黑色母粒应用于管材

1.10. 实际生产中黑色母料的份数有什么要求？

实际生产中一般使用2份左右黑色母粒，再添加防老化助剂，利用防老化和碳黑的协同作用防老化，来降低产品成本。

韧普利小编注：对于阻燃改性塑料或者热塑性弹性体来说，添加2%的黑色母，通常是不够黑的，一般会添加到5%左右。

另外，在户外使用时间长短，产品寿命的要求，也决定黑色母粒使用量适当降低，前提是碳黑在产品中必须形成连续相，即有碳黑“膜”保护塑料。

如加入黑色母粒太少，碳黑相(即小片浓度高的部分)在制品中不连续，在相与相的分界处，塑料分子最脆弱，受紫外光直接打击，加速氧老化反应，此时碳黑在制品中如同杂质，还不如不加。

相与相的分界处小于280mm时，可以躲避紫外光打击，制品是安全的。

1.11. 怎样从黑色母粒外观判断其质量？

质量好的黑色母粒光泽及软硬适度。过油过亮，说明油放得太多，光泽黯淡说明载体是回料或碳酸钙过量。

质量好的黑色母粒用牙咬，柔中带脆。太软说明有机分散剂过多，软而松散说明碳黑浓度低含碳酸钙较多，过脆说明碳黑含量过高，或载体是回料。

1.12. 使用黑色母料后制品表面有小麻面是怎么回事？

如果麻面是突起的小尖，说明制品加工设备分散母料能力有限，不能将母料中碳黑团聚颗粒剪切均匀，应使用浓度较低的黑色母粒;或者母粒有过多的碳酸钙和过多的白油，被单螺杆及双螺杆机，在高压下挤出，形成小僵块，无法分散。如果麻面是凹下的，是母料中小分子物质挥发造成，说明白油多了。

1.13. 含碳酸钙的黑色母料能否使用？

要综合来看。首先，黑色母料中如果碳酸钙细度1000目，含量在10%以内，对于无户外暴露使用要求的制品，是不错的选择，价格低。产品外观光泽好，加工中碳黑分散均匀，黑度不受影响，对产品强度影响较小。

如果碳酸钙细度低于1000目，可能出现光泽黯淡，表面粗糙，制品强度下降。如果1000目的碳酸钙用量超过10%，制品表面无光发灰白，黑度不够，制品强度下降。

其次，在任何有防老化要求的户外使用的制品中，含有碳酸钙都是不好的，视产品使用寿命选择是否使用。最后，使用这类黑色母粒，需要舍得使用高剪切能力的设备。

1.14. 选择碳黑含量高的黑色母粒降低成本吗？

碳黑含量较高，意味着分散越困难，对设备剪切能力的要求也提高，需要配大长径比、带混炼段、耐磨蚀的螺杆，这要视设备情况而定。

对混炼效果好的设备，使用碳黑浓度高的母粒，相应加入量少，当然省钱。对于混炼能力有限的设备，使用碳黑浓度高的母粒，分散不均，麻点突出，造成废品率较高，得不偿失。也许使用碳黑含量40%的母粒时生产不正常，改用35%后，效果却很好。

1.15. 黑色母粒中添加防老化剂是怎么回事？

这与黑色母粒储存及使用加工有关。我国生产的塑料用碳黑，无论高色素、中色素还是低色素，都存在含氧元素较高的问题。据有关资料报道，达3-8%。这直接影响到母粒加工和储存过程中，载体的氧化老化，这种老化一旦发生，将直接导致未来使用该母料的产品，提前老化，氧化诱导期试验充分证明这一点。为避免和减轻这种现象，采取添加适量的防老化剂，是保证黑色母料质量的最佳选择。

1.16. 如使用橡胶用耐磨碳黑制造的黑色母粒，有什么不妥？

这种母粒，耐磨是第一位的，有一定的抗老化作用，染色能力较差，价格非常便宜。最主要的是你的设备要足够耐磨。

1.17. 如何分辨橡胶用耐磨碳黑制造的黑色母料？

从包装上看，只有半袋，很黑很重，价格也很低。加入设备后，立即出现电流加大，扭矩加大，提高塑料加工温度流动性仍然较差，制品着色难，十有八九是它。

二、决定黑色母粒质量的六大关键点

2.1. 色散度要高

黑色色母粒是使用碳黑来生产的。碳黑这种难于色散的性能一直困扰着色母粒生产商。使用单或双的螺旋挤压机生产的高负荷黑色色母粒的色散性非常差。当最终使用者把这些黑色母粒混合或模铸时，它的性能仅比碳黑稍好一点，但效果同样令人不满意。为达到一个稳定的高度色散性，必须使用高水准的剪切漯合机来混配碳黑，诸如FCM或BANBURY的混合物。利用足够的强度，这些混合机可以使碳黑和基础树脂完全混合在一起。所使用的碳黑类型也影响着色散性。碳黑微粒越小，色散就越难。

2.2. 覆盖力要强

决定黑色色母粒质量的第二个因素是覆盖力，对于用于废料或再生聚合物的色母粒来说，这个因素尤其重要，在这些情况下，黑色的作用是要覆盖废料中的其它颜色。大颗粒碳黑的着色能力较差，不易覆盖其他所有在下层的颜色，结果最终产品只得到偏离了的色彩。在熔化过程中，正确地先择具有高着色能力的碳黑来覆盖现有颜色的能力就是所谓的覆盖力。

2.3. 流动性要好

决定黑色色母粒质量的第三个因素是流变性和流动性。若一个色母粒本身具有良好的色散性，但是它不能流动进入所要模铸的材料中，那生产的效果也不理想。一般来说，用于生产色母粒的打底树脂具有较高的流变性。为了节省成本，一些色母粒生产商用重复使用的材料、废料或再生料作为树脂载体。如此生产的色母粒的流动性能将会显著降低，如果流变性不好，铸模工会在循环时间和外观处理上遇到麻烦。值得注意的是，如果色散性和流变性不高，有些最终使用者会通过提高稀释比来弥补，不过这种做法只会增加了色母粒的使用成本。具有最小稀释比的色母粒可以产出均匀的、色散好的黑色。

2.4. 相容性要大

相容性的大小是决定黑色色母粒质量的第四个因素。如果色母粒是使用切屑或再生料生产出来的，那么它可能含有污染物或其他不可熔化的聚合物。这会引起一些不可预料的、难于约束的麻烦，浪费了最终消费者的时间和原料。这时，可以选用打底树脂来生产高质量的色母粒，母粒在熔化过程中才有良好的相容性。优质的色母粒可使用LLDPE、LDPE、HDPE、PP、PS、SAN、PA以及其他材料来生产。如果已注明工程级和严格的物理性能，那么特殊的聚合色母粒可以得到的。几间国际上大型的色母粒生产商，都在进行研究，以图生产出所谓的"全球性通用"的色母粒。这些色母粒可以广泛的和其他原料相容，具备良好的流变性，可灵活应用。

2.5. 稳定性要一致

在今天的国际化经济中，国际性的顾客对色母粒的质量、生料的稳定性能等要求高是绝对必要的，这也是决定黑色母粒质量的第五个因素。稳定性的一个主要表现就是平稳的碳黑比例。如果碳黑的百分比是波动的，那么需要熔化的色母粒的数量是不相同的，要生产同一色调的产品也不可能。一些最终生产者反映：在生产的过程中，要求的稀释比通常有5-8%的差异，显然这是个不可接受的。当然，其他因素如注入熔液的流动性和色散性应该与每一批的投料量相一致。

2.6. 明暗度要分明

决定黑色母粒质量的最后一个因素是色彩的明暗度。市场上有各种碳黑类型可用于色母粒的着色，但各类的颜色与价格也有很大不同。大颗粒碳黑比小微粒碳黑具有较低的着色度和不同的底色。大颗粒色母粒适用于诸如垃圾袋薄膜生产，但不适用于生产那些注重美观的产品，例如电视机招牌或需要防紫外线的地方如农用薄膜或外用管道。对这些产品来说，唯有使用价格较高的小微粒碳黑。另外，低透明度也是小微粒碳黑的一个特质。

主要来源：国塑协多功能母料专委会罗子木