Как читать N-номера технического углерода по ASTM (N220, N330, N550) — и почему это важно для мастербатча
Откройте почти любой паспорт технического углерода — и увидите код вроде N220, N330 или N660. Покупатели часто воспринимают их как непрозрачные названия продукта или полагают, что число — это рейтинг качества, где больше значит лучше. Ни то, ни другое неверно. N-номер ASTM — это компактная классификация, которая сообщает о техническом углероде определённые вещи и, что не менее важно, оставляет другие за скобками. Эта статья расшифровывает каждую часть номера, развеивает распространённый миф о последних двух цифрах и объясняет, почему вся система пришла из резиновой промышленности — и что это значит, когда вы покупаете чёрный мастербатч для пластиков.
Краткий ответ
N-номер ASTM состоит из трёх частей: буквы, первой цифры и ещё двух цифр. Буква (N или S) описывает, как технический углерод влияет на скорость вулканизации резины. Первая цифра относит технический углерод к группе по удельной поверхности — а поскольку удельная поверхность и размер частиц изменяются в противоположных направлениях, она также примерно указывает, насколько мелкие частицы. Последние две цифры назначаются произвольно и не несут собственного смысла. Примечательно, что номер прямо ничего не говорит о структуре (разветвлённости и объёме пустот агрегата), которую нужно читать отдельно по значению маслопоглощения. Классификация происходит из ASTM D1765 — стандарта для технического углерода, применяемого в резине.
Буква: N или S
Первый символ — буква, и на практике вы почти всегда увидите N. Она относится к влиянию технического углерода на вулканизацию: N обозначает нормальную скорость вулканизации, а S — медленную. Медленная вулканизация характерна для канальных и поверхностно-окисленных саж, потому что кислородные группы на поверхности частицы мешают химии вулканизации. Для покупателя пластиков эта буква сама по себе не имеет технологического значения — но она полезно напоминает, что вся схема выстроена вокруг поведения при вулканизации резины, а не окрашивания пластиков.
Первая цифра: удельная поверхность (а значит, размер частиц)
Именно эта цифра действительно несёт информацию. Согласно ASTM D1765, диапазон удельной поверхности технического углерода по азоту разделён на десять групп, и первая цифра называет группу. Поскольку удельная поверхность растёт по мере уменьшения частиц, низкая первая цифра означает мелкие частицы и высокую поверхность, а высокая первая цифра — крупные частицы и низкую поверхность. Иными словами, технический углерод N1xx относится к самым мелким, а N9xx (термический) — к самым крупным.
| Первая цифра | Группа по удельной поверхности (азот) | Примеры марок |
|---|---|---|
| 0 | > 150 m²/g | специальные саж с высокой поверхностью |
| 1 | 121–150 m²/g | N110 (SAF), N115, N134 |
| 2 | 100–120 m²/g | N220 (ISAF), N234 |
| 3 | 70–99 m²/g | N326, N330 (HAF), N339 |
| 4 | 50–69 m²/g | печные саж в этом диапазоне |
| 5 | 40–49 m²/g | N539, N550 |
| 6 | 33–39 m²/g | N650, N660, N683 |
| 7 | 21–32 m²/g | N762, N774 |
| 8 | 11–20 m²/g | крупные печные саж |
| 9 | 0–10 m²/g | N990, N991 (термическая сажа) |
Границы групп по удельной поверхности в этой таблице — это точные диапазоны, определённые в ASTM D1765; названия марок приведены для ориентира, с типовыми значениями удельной поверхности по азоту, взятыми из технических данных производителей технического углерода.
Удельная поверхность важна потому, что при одинаковом количестве технического углерода более мелкие частицы дают более глубокую черноту (jetness), более высокую красящую способность и лучшую УФ-защиту — но их также труднее диспергировать, и они склонны повышать вязкость. Этот компромисс — суть выбора сажи.
Последние две цифры назначаются произвольно
Вот момент, который удивляет многих покупателей. Широко распространено убеждение, будто последние две цифры кодируют структуру — так что, скажем, N330 и N375 различались бы закодированным, читаемым образом. В самом стандарте это работает не так: после первой цифры оставшиеся две цифры назначаются произвольно комитетом ASTM. Они служат идентификационным номером внутри группы по удельной поверхности, а не формулой, которую можно расшифровать. Две марки с одинаковой первой цифрой относятся к одному классу по удельной поверхности, но нельзя ранжировать их структуру или характеристики, просто прочитав последние две цифры. Для этого нужно смотреть измеренные свойства.
Чего номер не сообщает: структура
Самое важное свойство, которое N-номер опускает, — это структура, то есть насколько первичные частицы сплавлены и разветвлены в открытые агрегаты с большим объёмом пустот. Структуру измеряют отдельно по маслопоглощению (число OAN или DBP, ASTM D2414). Высокоструктурные саж наращивают вязкость и проводимость и легче диспергируются; низкоструктурные упаковываются плотнее и достигают более высокого блеска и черноты. Две саж из одной группы по удельной поверхности могут иметь весьма разную структуру, поэтому серьёзная спецификация всегда сопровождает N-номер (или торговую марку) значением OAN/DBP, удельной поверхностью по азоту (ASTM D6556 или йодным числом, D1510) и часто красящей способностью (D3265). N-номер — это стартовая метка, а не полный отпечаток.
Это система для резины — что вместо этого читать покупателям пластиков
ASTM D1765, судя по самому названию, — это классификация технического углерода, применяемого в резиновых изделиях, и он называет более сорока нормированных резиновых марок серий от N100 до N900. Эти марки разрабатывались для армирования шин и промышленной резины, где удельная поверхность и структура определяют износостойкость и модуль. Цвет и чернота никогда не были целью.
Технический углерод, из которого делают чёрный мастербатч для пластиков, — это другой мир. Пигментные саж с высокой чернотой обычно мельче большинства армирующих резиновых марок и, как правило, идентифицируются по торговым маркам производителя, а не по N-номерам. Переносится же лежащая в основе физика: читаете ли вы N-номер или торговую марку пигмента, свойства, определяющие результат, одни и те же — размер частиц, удельная поверхность, структура (OAN), химия поверхности и то, насколько хорошо сажа диспергирована. Поэтому если поставщик пластиков называет вам N-номер, воспринимайте его как подсказку об удельной поверхности, а затем запрашивайте параметры, которые действительно управляют чёрным мастербатчем: размер частиц, OAN/структуру и качество дисперсии.
Как это связано с вашим мастербатчем
Правильное чтение номера превращается в практические решения. Если вам нужны максимальная чернота и УФ-защита — оболочки кабелей, сельскохозяйственная плёнка, детали с высокими требованиями к виду — вы движетесь к более мелким сажам с высокой поверхностью, и дисперсия становится решающим фактором, потому что именно мелкие саж сильнее всего сопротивляются диспергированию. Если нужна экономичная укрывистость в более толстых сечениях, более крупная сажа при разумной дозировке может дать лучшее соотношение цены и качества. Умелый производитель мастербатча выбирает марку технического углерода под задачу, а затем компаундирует её так, чтобы мелкие, трудно диспергируемые саж всё же чисто разбавлялись на вашей линии.
ZFH выбирает технический углерод по применению — более мелкие пигментные марки там, где важны чернота и атмосферостойкость, сбалансированные с диспергируемостью — и рассматривает дисперсию как контролируемый показатель качества, а не как нечто второстепенное.
Часто задаваемые вопросы
Означает ли более высокий N-номер лучший технический углерод?
Нет. Номер — это классификация, а не оценка качества. Более высокая первая цифра означает лишь меньшую удельную поверхность и более крупные частицы. Что "лучше" — целиком зависит от применения.
Могу ли я сравнить две марки только по их N-номерам?
Лишь отчасти. Марки с одинаковой первой цифрой относятся к одному классу по удельной поверхности, но последние две цифры произвольны, а структура вообще не закодирована. Сравнивайте вместо этого измеренные OAN/DBP, удельную поверхность и дисперсию.
Мой поставщик мастербатча не указывает N-номер. Это проблема?
Вовсе нет — для пластиков это нормально. Пигментные саж для мастербатча обычно идентифицируют по торговой марке. Запрашивайте вместо этого размер частиц, удельную поверхность, структуру (OAN) и результат по дисперсии, например значение давления на фильтре.
Источники
Рамка классификации и границы групп по удельной поверхности в этой статье определены в ASTM D1765, Standard Classification System for Carbon Blacks Used in Rubber Products, который также устанавливает буквенное обозначение, цифру удельной поверхности и произвольно назначаемые последние две цифры. Упомянутые сопутствующие методы характеризации: структура по числу маслопоглощения, ASTM D2414 (OAN/DBP); удельная поверхность по азоту, ASTM D6556 (N2SA); йодное адсорбционное число, ASTM D1510; и красящая способность, ASTM D3265. Репрезентативные значения удельной поверхности по азоту для именованных марок (например N220 ≈ 114 m²/g, N326 ≈ 78 m²/g, N660 ≈ 35 m²/g, N990 ≈ 8 m²/g) — это типовые значения из технических паспортов производителей технического углерода, слегка различающиеся у разных производителей.
N-номер — полезная подсказка, но чёрный мастербатч определяется тем, насколько хорошо технический углерод диспергирован и согласован с вашей смолой. Чтобы сравнивать марки по тому, что действительно важно на вашей линии, смотрите стандартный чёрный мастербатч PE/EVA и высокоцветный чёрный мастербатч от ZFH, или спросите на странице качество и соответствие, как мы характеризуем и диспергируем наши саж.