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炭黑補強橡膠機理

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炭黑補強橡膠機理

發布日期:2020-10-29 作者: 點擊:

炭黑補強橡膠機理


    填料是橡膠工業的主要原料之一,屬粉體材料。填料用量相當大,幾乎與橡膠本身用量相當。在橡膠加工中又將填料分為補強劑和填充劑。


    橡膠的補強是指在橡膠中加入一種物質後,能夠提升硫化橡膠的耐磨性、抗撕裂強度、拉伸強度、模量、抗溶脹性等的行為。凡具有這種作用的物質稱為補強劑。常用補強劑:炭黑、白炭黑、短纖維、無機納米材料等。


1.橡膠用炭黑

    炭黑是橡膠工業中最重要的補強性填料,可以毫不誇張的說,沒有炭黑工業就沒有現在蓬勃發展的橡膠工業。按炭黑在橡膠中的作用將炭黑分為硬質炭黑和軟質炭黑。硬質炭黑:粒徑在40nm以下,補強性能高的炭黑,如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。軟質炭黑:粒徑在40nm以上,補強性低的炭黑,如半補強炭黑、熱裂法炭黑等。

    橡膠用炭黑一般按照ASIM-1765-81標準來分類命名。命名係統由四部分組成。第一個英文字母代表硫化速度,N代表正常硫化速度,S代表緩慢硫化速度。後麵跟著三個數字,第一個代表炭黑平均粒徑範圍,共分為0~9個等級。第二和第三個數字則是由美國材料試驗協會負責炭黑和術語的D24.41委員會指定的,反映不同的結構程度,也就是炭黑大概的高低結構確定的,有一定的任意性。相對而言,數字越大,結構越高。

ASIM的炭黑分類命名


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2.炭黑補強機理

    近半個世紀以來,人們對炭黑補強機理曾進行了廣泛的討論提出了多種補強學說。

容積效應

弱鍵和強鍵學說

Bueche的炭黑粒子與橡膠鏈的有限伸長學說

殼層模型理論

橡膠大分子鏈滑動學說

    前四種機理雖然都能說明一定的問題,但有局限性。隨著時間進展,專家們對機理不斷的深化完善,橡膠大分子滑動學說的炭黑補強機理就是一個比較完善的理論。

(1)膠大分子鏈滑動學說

    這是比較新和比較全麵的炭黑補強理論。該理論的核心是橡膠大分子能在炭黑表麵上滑動,由此解釋了補強現象。炭黑粒子表麵的活性不均一,有少數的活性點以及一係列的能量不同的吸附點。吸附在炭黑表麵上的橡膠鏈可以有各種不同的結合能量,有多數弱的範德華力的吸附以致少量強的化學吸附。吸附的橡膠鏈段在應力作用下會滑動伸長。

大分子滑動學說概念圖

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(1)表示膠料原始狀態,長短不等的橡膠分子鏈被吸附在炭黑離子表麵上。

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(2)表示膠料伸長時狀態。這條最短的鏈不是斷裂而是沿炭黑表麵滑動,原始狀態吸附的長度用點標出,可看出滑動的長度。這時應力有多數伸直的鏈承擔,起應力均勻的作用,緩解應力集中為補強的第一個重要因素。

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(3)當伸長再增大,鏈再滑動,使橡膠鏈高度取向,承擔大的應力,有高的模量,為補強的第二個重要因素。由於滑動的摩擦使膠料有滯後損耗。損耗會消去一部分外力功,化為熱量,使橡膠不受破壞,為補強的重要因素。

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(4)是收縮後膠料的狀況,表明再伸長時的應力軟化效應,膠料回縮後炭黑粒子間橡膠鏈的長度差不多一樣,再伸長就不需要再滑動一次,所需應力下降。


3.炭黑補強橡膠性能

    補強橡膠的目的是為了提高橡膠的拉伸性能、抗撕裂能力、定伸應力和耐磨性等性能,使橡膠製品更有彈性,經久耐用。炭黑主要通過炭黑粒徑的大小、結構度、和用量來調節補強橡膠的效果。

(1)拉伸性能

炭黑粒徑小,表麵活性大,結構度高,拉伸強度高;隨炭黑用量增大,拉伸強度先增後降。

(2)撕裂強度

貪黑的粒徑小,撕裂強度高;粒徑相同時,對結晶性橡膠,結構度低的碳黑,撕裂強度高;對非結晶性橡膠,結構度高的炭黑,撕裂強度高;隨炭黑用量增大,撕裂強度先增後降。

(3)定伸應力和硬度

炭黑粒徑小,結構度高,表麵活性大,用量大,膠料的定伸應力和硬度高,其中以結構度影響最大。炭黑對膠料定伸應力和硬度的影響要比膠種、硫化體係大得多。

(4)耐磨性

炭黑粒徑小,表麵活性大,分散性好,膠料耐磨性好。

(5)彈性

粒徑小、結構度高、表麵活性大,用量大,膠料的彈性差。其中炭黑用量影響最大。

由此可見,根據橡膠製品的不同選擇合適的炭黑種類對橡膠進行補強至關重要。


本文網址:http://www.medikalnotes.com/news/493.html

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