炭黑填充橡胶的结构和机械性能研究.pdf

第二届中日橡胶技术交流大会论文集 炭黑填充橡胶的结构和机械性能研究 Takahiro Mabuchi．Toshio Kishimoto． Tada,Hiroyuki 日本神户SRI研发公司 前言 火家都知道不但硫化胶的弹性模量，而且扯断伸长率会因炭黑和白炭黑之类的填料的加入而提高。 为了阐明橡胶补强的机理，科学家们进行了大量的研究[1．3】。补强作用源于填料微粒的流体作用、聚合 物填料之间的相互作用以及填料与填料之间的相互作用。 爱因斯坦提出的流体理论，指明牛顿液体的粘度随悬浮刚性微粒的体积分数增高而增高。Smailwood 修正了爱因斯坦的理论，方法是用剪力模量替代方程式中的粘度，并把这一理论应用于填充弹性体上[4】。 作用来解释实验结果[5]。之后，又出现了不同形态填料及吸附橡胶的体积作用的各种理论。 还要考虑用聚合物填料之间的相互作用来影响橡胶的补强作用【6，7】。橡胶聚合物填料之间的相互作 嗣产生了吸附橡胶和结合橡胶。吸附橡胶和结合橡胶的定义分别为物理和化学作用下，橡胶夹入炭黑团 块表面和橡胶吸附在炭黑表面的这两种类型。吸附橡胶的刚度并不能直接影响改变橡胶的机械性能，因 为吸附橡胶被隔离在橡胶基质的变形区域外。但是，吸附橡胶能够通过增加填料的有效体积分数影响补 物链的移动性以玻璃态存在[8】o结合橡胶的补强被讥为是结合橡胶链和炭黑粒子形成刚性网络的结果。 表述吸附橡胶和结合橡胶的机械模型在填料微粒浓缩的区域还不够完善。 在犬应变时，填料之间的相互作用是橡胶补强的一个重要因素。Payne报告称炭黑填充橡胶动态模量， 随着动态应变幅度的增加而减小，这被称为p匆n色效短【9】。Payne效应与炭黑团块物理结合的分裂有关。 Zhu把Payne效应与聚合物和填料表面相互加入缠结发生松脱关联了【11】。 依据较小应变下。流变实验结果，开发出了诸如Payne效应在内的许多机械模型。这些模型试图以增 加填料体积分数及形成填料和基质链的网络结构以解释损耗模量和弹性模量为何提高。但是这些模型， 都不能用于大应交情况下，因为填料网络结构业已破坏。流体效应，聚合物与填料之间的相互作用，和 橡胶交联键都肯定对填充橡胶的机械性能起作用，特别是入应变条件下。例如，不可能用通常假定的刚 性聚合物网络结构来解释人麻交h|的损耗模量和扯断伸长率的增人。橡胶填料的补强作用机理尚未彝得 很清楚。 晟近．有人指出凝胶在补强作用中起着重要的作用1121。炭黑凝胶是在炭黑粒子表面被吸收的聚合物， 庄熔解状态卜．由来硫化橡胶和炭黑混合而产生：本研究的目标是阐述炭黑凝胶对机械性能的作喇，并建 Takahiro 343 Mabuchi等．炭黑填充橡胶的结构和机械性能研究 立起机械模型。 实验材料 CABOT BIIR是JSR公司的BROMOBUTYL K．K．， 2255,有2m01％溴化异丁烯。炭黑[N220(SHOWA Showblack N220，微粒大小：23nm，联丁基邻苯二甲酸盐吸附：114mVl00D]作为填充剂。本研究中所用 B．V．)。 的化学品有硬脂酸、氧化锌、硫黄和N．环己基苯噻唑．2．苯丙砜(SantocureRCBS，Flexsys 凝胶量受控的混炼胶的制备 制备橡胶凝胶量受控的混炼胶的目的是验证炭黑凝胶在炭黑填充橡胶机械性能中的作用。该凝胶量 受控的混炼胶包括两种聚合物。炭黑凝胶中聚合物的组分跟基质中的不同。凝胶量受控的混炼胶用三段 混炼法制备，如表1所示。前二段在Banbury密炼机内完成。硫黄和促进剂在第三段用二辊