補強與填充體系二組課件

1、二組制作第1頁，共39頁。 炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)等性能對橡膠的加工性能有重要的影響，表現(xiàn)在混煉、壓延、壓出和硫化各工藝過程中及混煉膠的流變性能上。第2頁，共39頁。一.炭黑性質(zhì)對混煉的影響 1.炭黑的粒徑和結(jié)構(gòu)對混煉的影響 炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對混煉過程和混煉膠性質(zhì)均有影響。第3頁，共39頁。(1)炭黑性質(zhì)對混煉吃料及分散的影響炭黑的粒徑越細混煉越困難，吃料慢，耗能高，生熱高，分散越困難。這主要是因為粒徑小，比表面積大，需要濕潤的面積大。第4頁，共39頁。 炭黑結(jié)構(gòu)對分散的影響也很明顯。高結(jié)構(gòu)比低結(jié)構(gòu)吃料慢，但分散快。這是因為結(jié)構(gòu)高，其中空隙體積比較大，排除其中的空氣需要較多的時間

2、，而一旦吃入后，結(jié)構(gòu)高的炭黑易分散開。第5頁，共39頁。炭黑結(jié)構(gòu)對分散的影響第6頁，共39頁。(2)炭黑性質(zhì)對混煉膠粘度的影響混煉膠的粘流性在加工過程中十分重要。一般炭黑粒子越細、結(jié)構(gòu)度越高、填充量越大、表面活性越高，則混煉膠粘度越高，流動性越差。 第7頁，共39頁。 炭黑粒徑越小，填充量越高，混煉膠的粘度越高，結(jié)合膠量也越多；炭黑的結(jié)構(gòu)度越高，包容膠量越多，炭黑的有效填充體積分數(shù)增大，混煉膠粘度也提高。第8頁，共39頁。混煉時間與膠料流變性及硫化膠強伸性能的關(guān)系第9頁，共39頁。2.混煉過程中炭黑聚集體的斷裂 混煉中炭黑會斷裂。用熱解方法及溶解方法（特殊處理除去結(jié)合膠的影響）從SBR1500

3、家50份炭黑的混煉膠中分離出炭黑，用電鏡和DBP法測定聚集體的形態(tài)結(jié)構(gòu)。聚集體的吸油值、投影面積、重均粒數(shù)（NP,W)均減少，說明混煉過程中聚集體斷裂。第10頁，共39頁。第11頁，共39頁。第12頁，共39頁。SBR-1500加50份炭黑混煉膠中炭黑聚集體的斷裂第13頁，共39頁。3.炭黑及無機填料的分散性 炭黑與一般無機填料在橡膠中的分散性有本質(zhì)區(qū)別。一般無機填料對于橡膠類有機聚合物的親和性低于炭黑的親和性。第14頁，共39頁。 實踐證明，無機填料在橡膠中很難以一次結(jié)構(gòu)形式單個地分散開，而主要是以很多（成百上千）個一次粒子結(jié)團在一起的形式存在。所以從本質(zhì)上說，在通常的混煉條件下他沒有能力達

4、到主要以單個一次結(jié)構(gòu)的形式分散在橡膠中的真分散。第15頁，共39頁。而在相同條件下炭黑主要以單個炭黑聚集體形式分散在膠中，它的能力達到真分散。第16頁，共39頁。二、炭黑性質(zhì)對壓延和壓出的影響 壓延、壓出是橡膠加工的重要過程，對壓延、壓出來說，最重要的是收縮率（縱向）、膨脹率（橫向）要小，表面光滑，棱角畸變小。是否填充、填料性質(zhì)，特別是形態(tài)（炭黑結(jié)構(gòu)）對其影響很大。 第17頁，共39頁。 一般來說，炭黑的結(jié)構(gòu)性高，混煉膠的壓出工藝性能較好，口型膨脹率小，半成品表面光滑，壓出速度快。炭黑用量的影響也很重要，用量多，膨脹率小，所以FEF等快壓出炭黑適用于壓出膠料。第18頁，共39頁。填料的壓延效應(yīng)

5、 一般規(guī)律是填料用料越多，易壓出，碳黑表面活性對壓延、壓出無明顯影響。一般的無機填料因粒子的長軸或粒子的片狀沿壓延或壓出方向取向而引起了壓延效應(yīng)，這是膠片的某些性能會出現(xiàn)各向異性，為區(qū)別于大分子鏈的壓延效應(yīng)，往往也稱為粒子效應(yīng)。第19頁，共39頁。 碳黑的性質(zhì)與壓出口型膨脹的關(guān)系 橡膠在壓出口型時會產(chǎn)生口型膨脹現(xiàn)象，也稱為arus效應(yīng)，原因是橡膠的彈性記憶效應(yīng)。第20頁，共39頁。Cotton用Instron毛細管流變儀測定了口型膨脹率與管壁的剪切應(yīng)力的關(guān)系實驗驗證了在該條件下毛細管長徑比大于15時，口型膨脹率表觀上與壓出溫度、速度、相對分子質(zhì)量分布等無關(guān)，只與剪切應(yīng)力有比例關(guān)系，因為這些因素

6、均可包容在剪切應(yīng)力中。第21頁，共39頁。炭黑表面活性的影響 表面活性和上面溫度等壓出條件一樣對口型膨脹率與剪切應(yīng)力成比例關(guān)系無關(guān)。第22頁，共39頁。炭黑用量的影響 相同剪切應(yīng)力下，填充量高，口型膨脹率小。第23頁，共39頁。第24頁，共39頁。 炭黑用量經(jīng)體積分數(shù)校正后炭黑的用量比干擾口型膨脹率B和剪切應(yīng)力的關(guān)系。第25頁，共39頁。炭黑用量的影響第26頁，共39頁。結(jié)構(gòu)的影響 炭黑結(jié)構(gòu)對壓出的影響是顯著的，結(jié)構(gòu)高則膨脹率低第27頁，共39頁。結(jié)構(gòu)的影響第28頁，共39頁。三、炭黑性質(zhì)對硫化的影響（一）炭黑表面性質(zhì)的影響 炭黑表面酸性基團含量多，PH低，對于促進劑D的吸附量大，相應(yīng)地減少了

7、促進劑D的用量，因而回會遲延硫化。第29頁，共39頁。 另外炭黑表面酸性基團能阻礙自由基的形成，又能在硫化初期抑制雙基硫的產(chǎn)生，所以會遲延硫化，起到較好的防焦燒作用。而PH值高的爐法炭黑一般無遲延現(xiàn)象。第30頁，共39頁。第31頁，共39頁。第32頁，共39頁。 1.炭黑的表面酸堿性與橡膠性能的關(guān)系 炭黑的表面酸堿性則直接影響膠料的硫化速度。呈酸性的槽法炭黑有遲延硫化作用，一般不易引起焦燒；而呈堿性的爐法及熱裂法炭黑則有促進硫化的作用，因此當(dāng)大量使用爐法炭黑時，有引起膠料焦燒的危險。 炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)性、表面粗糙度及炭黑用量對膠料工藝性能及硫化膠物理、力學(xué)性能的規(guī)律性影響列于表2和表3中。 表

8、2：炭黑的性質(zhì)和用量對膠料工藝性能的影響 第33頁，共39頁。2.無機填料的DBA值與所需促進劑之間的關(guān)系 某些無機填料的表面顯酸性，對二丁胺（DBA）的吸附量大。DBA值單位為每公斤填料吸附的二丁胺毫量，mep/kg。在NR中填料不同DBA值的填料時所需D和DM促進劑數(shù)量不同，如圖4-20所示。有圖還可見填料用量多，使用D也要相應(yīng)增加。第34頁，共39頁。(3)活性劑的應(yīng)用 填料的酸性表面對與促進劑有吸附作用，加入活性劑可使活性劑優(yōu)先吸附在填料表面，可減少對促進劑的吸附。 活性劑一般是氮或氧的胺類、醇類、醇胺類低分子化合物。第35頁，共39頁。（4）填料表面酸性對過氧化物硫化的影響 酸性較強的環(huán)境會促使有機過氧化物產(chǎn)生離子型分解，而只有自由基分解才能產(chǎn)生自由基交聯(lián)，所以酸性表面對于過氧化物交聯(lián)劑有不利影響。 如： ROOH RO+