第3章2 结合-包容橡胶-混炼工艺-加工-性能.ppt

第四节 结合橡胶 4.1 结合橡胶的概念 4.2 结合橡胶理论 4.3 影响结合橡胶的因素 4.1 结合橡胶的概念 结合橡胶（bound- rubber）也称为炭黑凝胶，是指炭黑混炼胶中不能被橡胶的良溶剂溶解的那部分橡胶。 通常采用结合橡胶来衡量炭黑和橡胶之间相互作用能力的大小，结合橡胶多则补强性高，所以结合橡胶是衡量炭黑补强能力的标尺。 结合橡胶的测定 将混炼后停放的混炼胶剪成约1mm3的小碎块，精确称取约0.5g（W1）封包于质量（W2）的不锈钢网中； 浸于100ml良溶剂如甲苯中，在室温下浸泡48h，然后重新换溶剂再浸泡24h；取出滤网真空干燥至恒重（W3） 。 4.2 结合橡胶理论 1. 发展历史： 以前普遍认为炭黑对橡胶的补强是炭黑表面的酸性基团与NR中的碱性基团产生化学作用的结果； 但炉法炭黑代替槽法炭黑后，虽然炉法炭黑表面的酸性基团比槽法炭黑低10倍多，但其补强性却好得多。 2. 结合橡胶的本质 Kaufman等证实了聚合物内存在分子活动能力不同的3 个区: 3. 结合胶的形成 一 是橡胶大分子链在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的物理吸附，要同时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的，只要有一、两个链节被吸附的，就会可能使整个分子链成为结合胶。 二 是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合，或者橡胶在加工过程中经过混炼产生大量橡胶自由基或离子与炭黑作用，发生化学结合，这是生成结合胶的主要原因。 结合橡胶的形成机理 实验证明，结合橡胶的含量随萃取温度的升高而下降，这说明炭黑和橡胶间形成结合橡胶不完全是共价键，主要是物理吸附作用。 4.3 影响炭黑结合胶的因素 4.3.1 炭黑的影响 1．炭黑比表面积的影响 2．炭黑结构度的影响 3．炭黑粗糙度的影响 4. 炭黑表面活性的影响 5. 炭黑用量的影响 炭黑比表面积的影响 结合胶几乎与炭黑的比表面积成正比，随着炭黑比表面积的增大，吸附表面积增大，吸附量增加，即结合橡胶增加。 炭黑结构度的影响 炭黑粗糙度的影响 炭黑的粗糙度越高，表面的微孔越多，可与橡胶分子触及的表面积越少，形成的结合橡胶越少。 炭黑表面活性的影响 炭黑石墨化以后，表面的活性基团数量减少，形成结合橡胶的能力变差。 4.3.2 橡胶性质的影响 结合胶量与橡胶的不饱和度和分子量有关。 不饱和度:不饱和橡胶更容易生成结合橡胶；饱和橡胶对槽法炭黑的亲和力更强。 生胶的分子量 生胶的分子量:分子量越高，相同的条件下生成的结合橡胶量越高。这是因为一个大分子可能只有一两点被吸附住，但这时它的其余链部分都是结合胶。 4.3.3 工艺条件的影响 薄通次数(混炼时间)的影响 混炼温度的影响 陈化温度和时间的影响 压力的影响 薄通次数(混炼时间) NR结合胶约在10次时为最高，以后有些下降，约在30次后趋于平稳。 50份炭黑填充的氯丁橡胶、丁苯橡胶结合胶随薄通次数增加而增加，大约到30次后趋于平衡。 50份炭黑填充的丁基橡胶一开始就下降，也是约30次后趋于平衡。 混炼温度的影响 化学反应角度：混炼温度升高，橡胶变得柔软而不易被机械力破坏断链形成大分子自由基，炭黑也不易产生聚集体的链枝断裂形成自由基，因此在高温炼胶时由于这种作用形成的结合胶会比低温下炼胶的少。 吸附角度：吸附温度提高，结合胶量提高。 综合结果：炼胶温度升高，结合胶量下降。 压力和温度的影响 较高的压力产生较高的结合橡胶量。 在所有压力下，结合橡胶的量都随温度的升高而增加。 在150至200℃之间, 结合橡胶量随温度升高的较小； 温度超过200℃，温度对结合橡胶的影响显著。 混炼后停放时间（storage maturation） 混炼后随停放时间增加，结合胶量增加，大约一周后趋于平衡。 炭黑对固体橡胶大分子的吸附不象固体填料对气体或小分子吸附那么容易。另外化学吸附部分较慢，也需要一定时间。 最先吸附在炭黑表面的是低分子量的橡胶，在停放过程中，高分子量部分橡胶把低分子量橡胶分子置换出来。 第五节 包容橡胶- Occluded rubber 又称吸留橡胶，是被炭黑聚集体的链枝状结构屏蔽（包藏）的那部分橡胶。 5.2 包容橡胶的特性 包容橡胶的数量由炭黑的结构决定，结构高的炭黑能形成更多的包容橡胶。 包容橡胶的运动性受到限制——影响橡胶的变形特性——影响橡胶的加工性能。 混炼胶包括结合橡胶，吸留橡胶, 自由橡胶三部分。 5.3 包容橡胶量的计算 包容橡胶 DBP吸油值越高，也就是炭黑聚集体结构度越高，即聚集体链枝结构越发达，包容胶越多。 上式已获实际应用，但在计算填充炭黑胶的应力时，发现式2-7计算的结果比实测值高，比例为1:0.68，说明在这样的拉伸条件下，包容胶中的橡胶大分子还是有一定的活动性，Medalia公式