Вид сажи

Ацетиленовую сажу получают тремя основными способами; термическим или взрьшным способом разложения ацетилена, а также при электрическом крекинге метана. Наиболее экономичным способом производства ацетиленовой сажи является термический, основанный на разложении ацетилена на водород и углерод при нагреве. Взрывной способ получения ацетиленовой сажи основан на свойстве ацетилена разлагаться на углерод и водород со взрывом при давлении свьцпе 0,2 МПа- Ацетилен, сжатый в стальных баллонах до давления 0,5-1 МПа, взрывается электрическим запалом; взрыв сопровождается повышением температуры до 3273 и давления до 9-10 МПа. После охлаждения из баллонов выпускается водород вместе с сажей, которая улавливается специальными фильтрами.

Ацетиленовая взрывная сажа благодаря высокой температуре при осаждении отличается малым содержанием примесей, высокой проводимостью и значительным структурообразованием. Используют ацетиленовую взрывную сажу в производстве композиции с низким сопротивлением.

Свойства сажи определяются главным образом размером ее частиц, который зависит от способа получения. Наиболее дисперсные газовые сажи имеют размер частиц около 100-10"м, а грубые термические - (1000- 1500)-10ГО м-

Первичная структура сажи представляет собой беспорядочно расположенные "пакеты" плоских молекулярных слоев. В каждом слое атомы образуют правильные шестиугольники, размер которых несколько больше, чем в структуре графита. По сравнению с графитом расположение слоев в пакете не имеет регулярного характера, а расстояние между слоями несколько больше.

В рабочей частице кристаллиты связаны между собой сильными валентными связями, вследствие чего она не может быть разрушена при обычном механическом воздействии - помоле, вальцевании и т.п. Размеры кристаллитов незначительно различаются в разных видах саж, они составляют (20-65)• 10"м. Один кристаллит содержит 100 - 200 атомов углерода.

Размеры рабочих частиц сажи изменяются в зависимости от способа ее получения и лежат в пределах от 100 до 3000 10"* м. Таким образом, рабочая частица сажи содержит от нескольких сотен до миллионов первичных кристаллитов. Активная удельная поверхность сажи составляет десятки и сотни квадратных метров на грамм.

Размер частиц сажи, м, связан с плотностью и удельной поверхностью соотношением

D= 6/iSd),

где d - плотность, равная примерно (1,8-2) 10* г/м; 5 - удельная площадь поверхности, м/г.

Одним из основных параметров сажи является содержание летучих примесей, которое у некоторых видов саж достигает 12-15%. В их составе преобладает кислород, в меньшем количестве содержатся азот, водород и метан [57].

Кислородные группы (фенольные, карбонильные, карбоксильные и т.п.) образуются на поверхности рабочих частиц сажи в результате окисления при осаждении частиц; они сравнительно мало влияют на электрические свойства сажи. Однако при дисперсии сажи в связующем компоненте влияние кислородных групп на проводимость композиции становится весьма значительным. Обычно дисперсия сажи улучшается с повышением содержания летучих компонентов. В ряде случаев для улучшения диспергирования сажи с малым содержанием летучих компонентов подвергают окислению.

Водород преимущественно находится на гранях кристаллитов и в связи с этим оказьшает существенное влияние на электрические свойства сажи. Чем ниже температура сажеобразования, т.е. чем менее полно идет разложение углеводородов, тем больпге процент водорода в саже.

Количество летучих примесей в саже определяется как потеря массы после прокаливания при 1173 К в течение 7 мин.

Другим важным параметром сажи является величина рН, характеризующая концентрацию водородных ионов водной суспензии сажи, в которой она предварительно кипятится. Значение рН изменяется от 3 (для сильно окисленных саж) до 10 (для чистых саж), что соответствует концентрации ионов водорода от 10 до 10° 1/см.

Особенностью некоторых видов саж является способность к струк-турообразованию, т.е. формированию длинных, прочных цепочек из рабочих частиц. Образованию цепочек способствуют неиспользованные валентные связи отдельных кристаллитов. Совокупность цепочек образует как бы каркас сажи, внутренний объем которого н композиции заполнен связующим компонентом. Способность сажи к структурированию обычно возрастает с увеличением степени ее дисперсности* а также с уменьшением содержания летучих примесей.

Вторичная (цепная) структура сажи сравнительно легко разрушается при механических воздействиях (в вибрационных или шаровых мельницах), но, как правило, частично восстанавливается после прекращения помола. При сжатии сажи цепочки деформируются и прочность сажи соответственно уменьшается, однако ее трудно свести к достаточно малому значению. Даже в сильно сжатом состоянии кажущаяся плотность сажи значительно меньше истинной.

Объемной плотностью сажи называется отношение ее плотности в насьтном (несжатом) состоянии к истинной плотности. Объемная плотность сажи выражается в долях единицы или процентах. Объемное число сажи - это величина, обратная кажущейся плотности. Ддя некоторых видов саж объемное число достигает (20 -25)-10"* м/г.