
۲- کربن مشتق شده از پودرها و ذرات
کربن ایجاد شده از پودر و ذرات شامل خانوادهای از مواد مصنوعي است که در نقش دوده شناخته ميشود که در اثر سوختن هيدورکربنها در هوای ناکافي ساخته ميشوند. ذرات دوده شامل انبوهي از ميکروکریستالهای گرافيتاند که در اندازهی سلهای بسيار کوچکي هستند که معمولاً با تکنيکهای مختلف قابل رویت نيستند. خواص فيزیکي این مواد با خواص ذاتي و مساحت سطحي شان تعيين ميشود. عبارت دوده معمولاً برای مواد توليد شده براساس دو روش اصلي شامل فرایند کانالي و حرارتي به کار ميرود. دیگر دودهها، دودهی چراغ (Lamp black) و دودهی استيلني(Acetylene black) هستند.
فرایند کانالي
در فرایند کانالي هزاران شعلهی کوچک از گاز طبيعي به سطح فلزی سرد که ميتواند غلتک، کانال یا دیسک چرخان باشد برخورد ميکند. دوده روی سطح سرد شکل ميگيرد و سپس در معرض دمای بالا در هوا قرار ميگيرد تا سطح ذرات اکسيد شوند. شکل این ذرات به صورت کرهای کوچک است. دودهی کانالي کوچکترین اندازهی ذره (10nm) و بزرگ ترین مساحت سطحي و بالاترین مقدار مواد فرار از همهی دودهها را داراست.
فرایند حرارتي
در فرایند حرارتي دوده با تجزیهی حرارتي گاز طبيعي در غياب هوا در محفظهی پيش گرم شدهی آجر نسوز آجر پوشش داده تشکيل ميشود. محصول توليدشده اندازهی ذرات بزرگتر (100nm) و مساحت سطحي کمتری از فرایند کانالي دارد.
ترکيب شيميایي و خواص
جدول 1- ترکيب شيميایي و برخي خواص دوده
ترکيب شيميایي | |
1 تا 5 درصد | هيدروژن |
02/0 تا 09/0 درصد | نیتروژن |
5/2 تا 7 درصد | اکسیژن |
01/0 تا 03/0 درصد | سولفور |
1/0 تا 5/1 درصد | دی اکسيد کربن |
02/0 تا 4 درصد | مونو اکسيد کربن |
150 – 25 | مساحت سطحي |
nm 500-10 | اندازهی ذره |
5/1 – 5/0 | جذب سطحي روغن (نفت) |
کاربردها
کاربرد اوليهی دوده در لاستيک به جای فيلر )پرکننده( جهت بهبود استحکام، سختي و مقاومت در برابر سایش و حرارت استفاده قرار ميشود. پرکنندههای دوده ای تقریباً در همهی محصولات لاستيکي استفاده ميشوند.
2-1 دودهی چراغ
دودهی چراغ قدیميترین شکل کربن است که در ابتدا توسط چينيهای باستان توليد شده است. دودهی چراغ در چندین کوره توليد ميشود. در این کورهها مواد اوليه شامل پتروليم و قطران زغال سنگ پيش گرم شده و با محيط کنترل شده ميسوزند. نسبت مواد سوزنده به هوا در محيط احتراق فاکتور مهمي است که کنترل کنندهی خواص نهایي دودهی چراغ است که در جدول 2 نشان داده شدهاست.
جدول 2- اثر نسبت روغن به هوا بر خواص دودهی چراغ
خواص دودهی چراغ نسبت روغن به هوا | سرعت هوا | استحکام رنگ | چگالی |
کم | افزایشی | افزایشی | افزایشی |
زیاد | کاهشی | کاهشی | کاهشی |
خواص دوده چراغ
دودهی چراغ نرم و ساختار آمورف با دانسيتهی مشخص دارد که ميتواند تحت تأثير چندین فاکتور تغيير کند که این امر به حجم گازهای حبس شده و شکل ذرات بستگي دارد. گازهای محبوس شامل هيدروژن، اکسيژن، نيتروژن و برخي ترکيبات سولفوردار هستند که سر منشأ آنها قطران زغال سنگ است.
نوعي از ترکيب شيميایي دوده ی چراغ (خشک شده در 510°C) مطابق زیر است:
2-2 دودهی استيلني
دودهی استيلني از تجزیهی حرارتي استيلن ( ) به دست میآید. این واکنش شدیدا گرمازا است.
ترکيب شيميایي و خواص
دودهی استيلني شبيه دودهی چراغ مرغوب است؛ اما دودهی استيلن خلوص بالاتر، ظرفيت جذب سطحي بالاتر و رسانایي الکتریکي بهتر دارد. در جدول 3 ترکيب شيميایي و برخي خواص دودهی استيلن ذکر شده است.
جدول 3- خواص و ترکيب شيميایي دودهی استيلن
ترکيب شيميایي | |
کمتر از 1 درصد | محصولات پليمریزه شده |
99 درصد | کربن |
3/0 تا 4/0 درصد | خاکستر |
5/0 تا 6/0 درصد | رطوبت |
502 | دانسیته |
02/0 | دانسیتهی ظاهری |
65 | مساحت سطحي |
nm 13/3 | اندازهی ذره |
ملایم |