第3章3 應(yīng)力軟化與補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

1、高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering第九節(jié)第九節(jié) 炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理9.1 應(yīng)力軟化效應(yīng)應(yīng)力軟化效應(yīng)9.2 炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering9.1 應(yīng)力軟化效應(yīng)應(yīng)力軟化效應(yīng)n1. 應(yīng)力軟化效應(yīng)應(yīng)力軟化效應(yīng)：也稱：也稱為為Mullins效應(yīng)效應(yīng) 。n實(shí)際上，實(shí)際上，Payne效應(yīng)效應(yīng)是是應(yīng)力軟化現(xiàn)象的一個(gè)反應(yīng)力軟化現(xiàn)象的一個(gè)反映。映。高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 C

2、ollege of Polymer Science and Engineering應(yīng)力軟化的表示應(yīng)力軟化的表示%100121wwwwW1: 第一次拉伸至給定應(yīng)變所需的應(yīng)變能；第一次拉伸至給定應(yīng)變所需的應(yīng)變能；W2: 第二次拉伸至同樣應(yīng)變所需的應(yīng)變能。第二次拉伸至同樣應(yīng)變所需的應(yīng)變能。高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering2. 應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響因素應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響因素n應(yīng)力軟化效應(yīng)代表一種應(yīng)力軟化效應(yīng)代表一種粘性的損耗因素粘性的損耗因素，凡是影，凡是影響粘彈行為的因素對(duì)它均有影響。響粘彈行為的因素對(duì)它均有

3、影響。n填料及其性質(zhì)對(duì)應(yīng)力軟化效應(yīng)有決定性作用。填料及其性質(zhì)對(duì)應(yīng)力軟化效應(yīng)有決定性作用。 1填充的影響填充的影響 2填料品種的影響填料品種的影響 3炭黑品種的影響炭黑品種的影響高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering1）填充的影響）填充的影響n對(duì)于對(duì)于SBR類的類的非自補(bǔ)強(qiáng)性橡膠非自補(bǔ)強(qiáng)性橡膠來(lái)說(shuō)，來(lái)說(shuō)，未填充未填充膠幾乎沒(méi)有軟化膠幾乎沒(méi)有軟化效應(yīng)，填充膠比未填充膠的效應(yīng)，填充膠比未填充膠的軟化效應(yīng)高得多。軟化效應(yīng)高得多。n如如未填充未填充的的SBR-1500的硫黃硫化體系硫化膠的硫黃硫化體系硫化膠軟化效應(yīng)為

4、軟化效應(yīng)為7.7%，而相應(yīng)填充體積分?jǐn)?shù)為，而相應(yīng)填充體積分?jǐn)?shù)為0.2的沉淀白炭黑的為的沉淀白炭黑的為45.0%，HAF的則為的則為59.2%。高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering2）填料品種的影響）填料品種的影響n補(bǔ)強(qiáng)性高的填料軟化效應(yīng)高補(bǔ)強(qiáng)性高的填料軟化效應(yīng)高。炭黑具有比較高的應(yīng)力軟化效應(yīng)，。炭黑具有比較高的應(yīng)力軟化效應(yīng)，無(wú)機(jī)填料應(yīng)力軟化效應(yīng)較低。無(wú)機(jī)填料應(yīng)力軟化效應(yīng)較低。n如用如用SBR-1500，填充體積，填充體積分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù)為0.2，硫黃硫化體系，硫黃硫化體系的的HAF、VN3白炭黑和輕質(zhì)白炭黑和輕

5、質(zhì)CaCO3硫化膠的應(yīng)力軟化效硫化膠的應(yīng)力軟化效應(yīng)見右圖。應(yīng)見右圖。高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering3. 應(yīng)力軟化的恢復(fù)應(yīng)力軟化的恢復(fù) n因?yàn)樘亢诘奈绞莿?dòng)態(tài)的，因?yàn)樘亢诘奈绞莿?dòng)態(tài)的，應(yīng)力軟化有恢復(fù)性應(yīng)力軟化有恢復(fù)性。n在恢復(fù)條件下，橡膠大分子會(huì)在炭黑表面重新分在恢復(fù)條件下，橡膠大分子會(huì)在炭黑表面重新分布，斷的分子鏈可被新鏈代替。剩下的不能恢復(fù)布，斷的分子鏈可被新鏈代替。剩下的不能恢復(fù)的部分稱為永久性應(yīng)力軟化作用。的部分稱為永久性應(yīng)力軟化作用。n在室溫下停放幾天，損失的應(yīng)力恢復(fù)很少，而在在室溫下停放

6、幾天，損失的應(yīng)力恢復(fù)很少，而在10024h真空中能恢復(fù)大部分損失的應(yīng)力。在真空中能恢復(fù)大部分損失的應(yīng)力。在良溶劑中（如二甲苯）達(dá)到最大溶脹，再把溶劑良溶劑中（如二甲苯）達(dá)到最大溶脹，再把溶劑揮發(fā)干，其應(yīng)力恢復(fù)得更多。揮發(fā)干，其應(yīng)力恢復(fù)得更多。高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering9.2 炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理n容積效應(yīng)（形變放大效應(yīng)）容積效應(yīng)（形變放大效應(yīng)）n弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說(shuō)（除弱剩強(qiáng)）弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說(shuō)（除弱剩強(qiáng)）n橡膠鏈有限伸長(zhǎng)學(xué)說(shuō)（短鏈斷裂或脫離）橡膠鏈有限伸長(zhǎng)學(xué)說(shuō)（短鏈斷裂或脫離）n雙殼層模型理論雙

7、殼層模型理論n橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說(shuō)橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說(shuō)高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineering雙殼層模型理論雙殼層模型理論 n 圖中圖中A相為自由大分子，相為自由大分子，n B相為交聯(lián)結(jié)構(gòu)，相為交聯(lián)結(jié)構(gòu)，n C相為雙殼層。相為雙殼層。nC相起骨架作用聯(lián)結(jié)相起骨架作用聯(lián)結(jié)A相和相和B相，相，構(gòu)成一個(gè)橡膠大分子與填料整構(gòu)成一個(gè)橡膠大分子與填料整體網(wǎng)絡(luò)，體網(wǎng)絡(luò)，改變了硫化膠的結(jié)構(gòu)，改變了硫化膠的結(jié)構(gòu)，提高了硫化膠的物理機(jī)械性能。提高了硫化膠的物理機(jī)械性能。高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程學(xué)院 College of Polymer Science and Engineeringn鏈滑動(dòng)，鏈滑動(dòng)，緩解應(yīng)力集中緩解應(yīng)力集中是補(bǔ)強(qiáng)的第一是補(bǔ)強(qiáng)的第一重要