炭黑的基本性质对NR的补强性研究

发布时间：2022-02-24 20:45

　　炭黑对橡胶制品的补强性能,自发现之日起,国内外就未曾间断过研究。传统方法对炭黑补强性的研究,都是在机械法的基础上,通过对硫化胶的性能研究来推测炭黑的补强性以及其补强机理。这种研究方法的优点是工艺成熟,结果稳定;而缺点则是样品制备过程较繁琐,引入比较大的实验误差。本文采用超声波法制备炭黑与天然胶乳的共混物,然后经过乳液共附聚及干燥过程制备出共混物胶膜,进而对共混物进行拉伸性能、SEM、TGA等性能测试,研究低炭黑含量下的补强性能;再利用传统机械法制备出高炭黑含量的混炼胶及硫化胶,对胶料的加工特性、硫化胶的物理机械特性以及动态疲劳特性进行研究,综合分析两种研究方案下的实验结果,研究炭黑在不同含量下对天然胶的补强性。按上述两种方案研究粒径结构度相同,表面能不同的炭黑的补强性。结果表明,N234炭黑经过不同温度处理不同时间后,表面能增加,在处理1h时表面能增加不大,处理6h后表面能差距明显。随着炭黑表面能的增加,炭黑的补强效果变差,对橡胶大分子的吸附力降低。炭黑的表面能不同引起的分散性差异较小。而炭黑表面能对硫化胶的拉伸性能有较大的影响,主要表现在伸长率和定伸应力上,其中伸长率明显增加,定伸应... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

炭黑结构

青岛科技大学研究生学位论文5地分散开，进而提高橡胶制品的综合性能。图1-2是结合胶模型示意图[16]。图1-2结合胶模型Fig.1-2bondinggluemodel（3）结合胶双层结构模型结合胶模型是一种基于填料与橡胶大分子之间相互作用的界面模型。YoshihideFukahori[18]在这种结合胶模型的基础上，将大的变形状态下橡胶的体积扩张的事实考虑在内，在应力分析结果的基础上，提出了一个新的界面结构模型。该模型的本质其实就是结合胶双层结构模型(如下图1-3的A、B)，该模型认为在炭黑外围吸附的结合胶结构是由两部分组成，这两部分是由未交联的结构并且模量各不相同的橡胶层组成，内层结构是处于玻璃态的聚合物玻璃化硬层(glassyhardlayerGH),其厚度为2nm左右；而外层则是聚合物的大分子运动受到限制的粘性硬层(stickyhardlayerSH),其厚度在3～8nm的范围内。对于表面光滑的炭黑粒子，两层总厚度约为5nm；对于粗糙度较高的炭黑粒子外围两层总厚度在10nm左右。聚合物玻璃化硬层的作用只是增大了炭黑粒子的有效直径，无论受到多大的应变用作，对应力的贡献都是一个固定的常数，也就是说GH层对于大应变幅度下应力的急剧增加没有影响。而粘性硬层在小应变下的表现与橡胶基体相似，对模量的贡献较小；而当应变逐渐曾大时，SH层会发生取向，这种现象对橡胶模量的增大起着重要的作用，与此同时，由于分子链的活动能力差GH层不能够发生取向，对模量的增加没有贡献(见图1-3D)。而在炭黑的含量较高时，不同结合胶粒子之间的SH层可以发生相互交叠，形成超网络结构(见图1-3C)，这种超网络结构在受到大的应变作用时发生取向进而变硬，对模量产生贡献。由于橡胶大分子链是成束状排列地，在束与束之间会形成一些微小的孔洞，这些微小的孔洞可以吸收一部分能量,进而延

炭黑的基本性质对NR的补强性研究6一个循环的应力加载过程中，橡胶法分子发生取向而形成分子束，在相互临近的填料表面，多条分子束形成相扣结构，而在应力卸载的过程中，这种分子束相扣结构没有被破坏(见图1-3F)，因为这种结构很难保持体系的应力状态，此时的应力主要是由交联聚合物基体来承担的。在第二次应力加载过程中，由于分子束的收缩需要一定的时间，因此需要的应力要比第一阶段的卸载过程大一些。而当伸长率接近第一次加载过程的伸长率时，相扣的分子束结构重新达到第一次拉伸时的伸长状态，应力的增长则开始重新依赖于最初的应力—应变关系。而经过长时间地停放或者高温处理之后，这种分子束结构能够得到充分松弛而被破坏，进而回到最初的无序状态。重新拉伸时的应力曲线则可与第一次拉伸时的曲线相重合。图1-3结合胶双层结构模型示意图Fig.1-3schematicdiagramofthedouble-layerstructuremodelofbondingadhesive1.1.4炭黑对硫化胶性能的影响（1）炭黑性质对硫化胶硬度的影响硬度是硫化胶的重要性能之一，随着橡胶制品应用日益广泛，使用条件要求也越来越苛刻，硬度的重要性也日益突出。在橡胶制品的配方设计中，影响硫化胶硬度的因素主要有炭黑的品种、用量以及操作油用量等。炭黑对硫化胶硬度的影响主要体现在用量上，大体上，硫化胶的硬度与炭黑的用量成比例增加，结晶性橡胶的增长幅度要比非结晶性橡胶高，但是在实际应用中，炭黑的用量有一

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本文编号：3643479