炭黑、白炭黑及其混合填料在异戊橡胶中的网络化行为

填料的网络化行为对橡胶的补强起重要作用。为了探究炭黑、白炭黑以及炭黑/白炭黑混合填料在橡胶基体中的网络化行为及其对橡胶性能的影响规律,制备了不同填料类型及填充比例的异戊橡胶复合材料,通过对相同混炼和硫化工艺条件下混炼胶和硫化胶的微观形貌、流变及拉伸等性质进行分析,发现3种填料体系在硫化后的颗粒分散程度均好于混炼胶,其中白炭黑在硫化胶中的颗粒尺寸更小但更容易聚集。在混合填料体系中,2种填料倾向于各自形成聚集体,这使得混合填料体系的低应变区储能模量值低于单一填料体系。随着填料质量份数的增加,3种填料体系的断裂强度均呈现先增加后降低的趋势,同时断裂伸长率单调下降,且疲劳温升显著提高。此外,混合填料体系在高填充份数时的疲劳温升高于单一填料体系。

炭黑在异戊橡胶中的分散及其对动静态性能的影响

橡胶在使用时往往需要在生胶中加入填料颗粒以提高其力学强度,填料在橡胶中的分散状态对其使用性能有显著影响。为了明晰填料分散状态对橡胶动静态性能的影响规律,设计了不同的胶料混炼工艺,进而获得具有不同分散程度的橡胶材料,并对其分散等级、颗粒聚集体尺寸分布、胶料硫化性质、橡胶拉伸以及疲劳等性质进行了系统研究。结果表明,在所研究的密炼时间4~16 min范围内,随着密炼时间的延长,填料在基体中的分散度等级有较大程度的提高,密炼时间为16 min时填料分散等级达到了8.1级,胶料的门尼粘度下降显著,但胶料的拉伸性能变化不明显,而动态疲劳性能得以显著改善。随着开炼包辊时间的延长,填料在基体中的分散度等级呈先升高后降低的趋势,橡胶的动态疲劳性能也先升高后降低,当开炼包辊时间为20 min时,硫化胶的伸张疲劳寿命达到4×10~4次,继续延长包辊时间硫化胶的伸张疲劳寿命下降至2.3×10~4次;但是胶料整体的拉伸性能变化不明显。由此可见,通过调整混炼工艺可以改善填料在橡胶基体中的分散状态,进而提高胶料的疲劳性能。

异戊橡胶中填料的絮凝及其对性能的影响

针对硫化过程对异戊橡胶中的填料絮凝及其性能的影响等问题,通过改变硫化温度和硫化时间,对比研究了炭黑、白炭黑、炭黑/白炭黑混合填料体系中的填料絮凝过程,比较其动、静态性能等的变化.为了分析交联网络在填料絮凝过程中的贡献,对比了工艺相同的含硫与不含硫胶料在不同温度和时间下的絮凝过程.在含硫体系中,佩恩效应主要来自于填料网络和橡胶网络的贡献;而在不含硫体系中,佩恩效应主要来自于填料网络的贡献.研究结果表明,橡胶网络的形成在一定程度上限制了填料的絮凝,因此,随温度升高,含硫体系的佩恩效应减小,而无硫体系的佩恩效应逐渐增加或先减小后增加.随时间延长,含硫胶料和无硫胶料的佩恩效应均增加,但机制有所不同.其中含硫胶料主要来自于交联网络的形成,而无硫胶料主要来自于填料的絮凝.絮凝动力学研究表明,快速絮凝发生在较短的时间范围内,在长时间范围内絮凝开始变慢但并不会停止,且在较低温度(60℃)下絮凝仍会发生.此外,高温和长时间热处理导致材料的拉伸性能出现下降,但动态疲劳性能有所增强.