炭黑填充橡胶填料网络的非线性粘弹性和变化.pdf

Yoshinobu 2ll lsono炭黑填充橡胶填料网络的非线性粘弹性和变化 炭黑填充橡胶填料网络的非线性粘弹性和变化 YoshinobuIsono 长冈技术科学大学化学系 摘要：未硫化的填充橡胶表现出和硫化在填充橡胶同样显著的非线性粘弹性。非线性可能来自缠结和填料网结 构中的变化。许多人使用动态模量来表征橡胶材料的特性。但是．动态模量在大应变下无法定义．因此我们必 须研究一种可以在大变形粘弹性函数。另外。我们需要其他信息来区分缠结和填料网络结构的变化对非线性粘 弹性的影响。在本文中，我们同时测量』，填充炭黑的未硫化的SBRs在人范围应力下的松弛模量G(x，)和电阻率 厦Xf)。处于平衡状态的电阻率p(O．f)显示出在20～35份之间的中间炭黑填充量下的阶梯式变化．表示形成填料 网络的临界值应当处在炭黑填充量的范围中。对于炭黑填充量高于临界值的样品来说．G(x，)和厦F，)都在应 变大于剪切应变尸O．1时表现出非线性，说明填料网络在大应变下破裂。 引言 压硫化。很多人都对硫化成品的表征很感兴趣。在大多数的制造．I：艺中，其实我们的加工：对象都是未硫 化的填充橡胶。未硫化的填充橡胶表现出和硫化、填充橡胶[1】同样显著的非线性粘弹性。因此我们必须 研究未硫化填充橡胶以及硫化填充橡胶的非线性粘弹性。 很多研究者使用动态模量来表征非线性的性能特征【2，3]。动态模量对应变幅度依赖关系，即所谓 Payne效应【4】便是一个例子。在线性粘弹性上，我们可以用实验测定峰值应力、峰值应变以及应力和应 变波中的相角差。因此我们可以分别定义存储和损耗模量G’和G”。在非线性粘弹性中，应力波偏离了 惜通的正弦波，这意味着相角差是随着时间变化的，所以动态模量不能在较大的应变幅度大定义【5】。因 此我们必须使用要在大应变下定义的粘弹性函数，例如：施加梯级应变后的松弛模量。 在橡胶材料中，存在多种交互作用：聚合物．聚合物，聚合物．填料，以及填料．填料的交互作用【3】。第 一个就是所谓的缠结效应【6．17】，第二个为填料凝胶【18】。由于第三种交互作用，在填充橡胶中可能存在 填料网络【2，3】。第二种交互作用被认为是足够强的。因此未硫化的填充橡胶中的非线性行为可能来自应 变诱导的链各向异性，解缠结／再缠结和填料网络破裂。然而．链各向异性在应力松弛后会很快消失。 因此，我们应当将注意力放到后二种作用上，即解缠结／再缠结和填料网络破裂。然而，这二种作用是 同时出现的。因此，我们不能够使用粘弹性函数例如松弛模量来区分二者，我们必须另辟途径。 聚合物是绝缘材料。但是，炭黑具有高电导率。众所周知，填充足够量的炭黑的橡胶显示出低电阻 性【19，20]。这意味着形成了炭黑填料网络。所以，如果填料网络在不变性下破裂，电阻将会增大。 本篇论文的研究目的是要通过同时测量大剪切变形的电阻率和松弛模量讨论来未硫化炭黑填充 SBRs的填料网络和非线性粘弹性的改变和恢复。 一 实验’ 212 第二届中日橡胶技术交流大会论文集 添加剂有氧化锌(ZnO)(Shodo化学公司)、抗氧化剂(A．O．)(Santoflex 状硬脂酸YR，日本油脂株式会社)。胶料的详细配方如表1所示。炭黑母料是在16L班伯里密炼机(神 户钢铁公司， min，最后在约423K下修炼。 BB．16)中在313K下首先炼4．5 方法松弛模量是通过高精密转动流变仪RDA．3测得的(美国流变科学仪器有限公司)，试验中剪 切应变Y在0．001到1．0之间，圆形样品具有19．8 测量的，这种仪器可以测出大范围内的电阻(从10 阻率旌用电阻R根据p=RA／L的公式计算得出的，其中A为横截面积，L为两个平行板之间的距离。 松弛模量和电阻率在353K时同时测量。 表1样品配方(单位：phr) 结果 图l和图2中的上图显示的是样品2和样品3在不同的剪切应变下的松弛模量G(兀，)曲线。朱填充的 变下同样表现出线性性