不同维数填料对橡胶Payne效应的影响

在变外力作用下,填充橡胶的动态模量会随着应变的增加而急剧下降的现象称为Payne效应。研究填充橡胶的Payne效应可以保证橡胶制品在使用过程中的安全性和可靠性,同时获得具有良好力学性能的橡胶制品。文中通过胶乳-双辊连用法制备了炭黑/天然橡胶复合材料(RCB)、碳纳米管/天然橡胶复合材料(RCNT)和石墨烯/天然橡胶复合材料(RGE)。扫描电镜和透射电镜图像显示,该方法可以将填料均匀分散在橡胶基体中。Mooney-Rivlin曲线和动态力学性能测试显示RGE复合材料的Payne效应最强,RCB复合材料的Payne效应最弱。

ZDMA补强EVA/CPE/NBR共混型热塑性硫化胶的Payne和Mullins效应研究

采用动态硫化法制备乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)/氯化聚乙烯(CPE)/丁腈橡胶(NBR)共混型热塑性硫化胶(TPV),研究TPV的应力-应变行为、微观相结构、Payne和Mullins效应。结果表明:甲基丙烯酸锌(ZDMA)补强TPV的储能模量随应变的增大而显著下降,表现出典型的Payne效应;TPV存在明显的Mullins效应,相同拉伸比下,与EVA/CPE/NBR TPV相比,ZDMA补强TPV的最大应力、瞬时残余应变、内耗、损耗因子和软化因子均有所提高。

填充橡胶的Payne效应

介绍了填充橡胶Payne效应的研究历程及影响Payne效应的因素,综述了不同观点和与之相对应的机理、模型。

高抗冲聚苯乙烯/丁苯橡胶热塑性硫化胶的Payne效应及模型拟合

采用动态硫化法制备了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/丁苯橡胶(SBR)热塑性硫化胶(TPV)及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)增容HIPS/SBR TPV,通过橡胶加工分析仪研究了TPV的Payne效应,并利用Kraus模型进行了拟合。结果表明,在相同应变下,随着HIPS/SBR TPV中HIPS含量的增加,TPV的储能模量(G')和损耗模量(G″)均增大;在不同测试温度条件下,随着应变的增加,纯SBR硫化胶的G'及G″变化不大,未出现Payne效应,HIPS/SBR TPV及SBS增容HIPS/SBR TPV均呈现明显的Payne效应;在应变测试范围内,利用Kraus模型对HIPS/SBR TPV及SBS增容HIPS/SBR TPV的G'拟合较好,但不能对G″有效拟合;提高测试温度,HIPS/SBR TPV及SBS增容HIPS/SBR TPV的小应变下G'初始值与大应变下Payne效应终止时G'值降低,G″达到最大值时的应变振幅特征值增大。

基于Payne效应的膜式空气弹簧非线性动刚度模型

本文中提出了一种考虑气囊橡胶Payne效应和热力学等效刚度阻尼滞回特性的膜式空气弹簧非线性动刚度模型,以解决空气弹簧动刚度非线性建模难题,并为气囊结构设计与材料选择提供理论依据。首先,通过示功试验对动刚度实部和虚部进行参数识别,表明在小振幅下,气囊橡胶Payne效应会引起动刚度的增大,并验证了不同振幅和频率激励下模型的正确性。接着,从振幅和频率两个维度给出了各解耦变量贡献度变化趋势的物理解释。结果显示,气囊橡胶的Payne效应使动刚度实部随振幅增大而减小,虚部随振幅增大呈现先增大后逐渐减小的趋势;气体刚度和由热交换产生的等效阻尼会使动刚度实部随频率升高逐渐增大,虚部随频率升高先增大后减小。最后给出了一个反映橡胶气囊动刚度贡献率的膜式空气弹簧新的评价指标,可直接表征空气弹簧低幅动态性能和结构设计与材料选择的优劣。试验表明,该值主要随振幅增加明显下降,橡胶气囊在低振幅时产生的刚度不可忽视。

白炭黑用量对NBR/BR的动态力学性能和Payne效应的影响

研究不同白炭黑用量的丁腈橡胶/顺丁橡胶并用胶的动态力学性能。结果表明:随着白炭黑用量的增大,白炭黑与橡胶基体间的相互作用增强,混炼胶的Payne效应增大;随温度升高,混炼胶储能模量(G′)减小,损耗因子(tanδ)先增大后减小,硫化胶的G′变化不大,tanδ先增大后减小;随白炭黑用量增大,混炼胶的G′增大,tanδ在低温时增大,高温时减小,硫化胶的G′和tanδ增大。

微波修饰工艺对磁性丁苯橡胶Payne效应及其性能的影响

为解决磁性丁苯橡胶(SBR)界面问题,对锶铁氧体(SrM)表面进行微波辅助原位修饰,通过改变微波处理工艺条件制备不同的SrM/SBR共混物,研究共混物的Payne效应与磁性SBR的拉伸性能和阻尼性能的关系。结果表明:通过改变微波处理工艺条件可以调控SrM/SBR共混物中铁氧体表面结合橡胶含量,过长的微波处理时间或过大的微波处理功率都会导致SrM/SBR共混物的结合橡胶含量下降;SrM/SBR共混物的Payne效应与其结合橡胶含量和SrM/SBR混炼胶的F_(max)具有较好的相关性,并且与SrM/SBR硫化胶的拉伸强度和阻尼性能的变化趋势基本吻合;微波处理功率为800 W、微波处理时间为6 min时制备的磁性SBR具有最佳的阻尼性能和较大的拉伸强度,相对于未经微波处理的磁性SBR,其损耗因子-温度曲线面积增大7.3%。

炭黑混炼胶和白炭黑混炼胶的结合橡胶及Payne效应研究

研究天然橡胶(NR)/炭黑、NR/白炭黑、异戊橡胶(IR)/白炭黑混炼胶的结合橡胶含量和Payne效应。结果表明:随着二段混炼胶停放时间延长,炭黑混炼胶的结合橡胶含量增大,Payne效应增强,硫化胶应力应变性能和动态性能等变化不明显;白炭黑混炼胶的结合橡胶含量增大,Payne效应基本不变,硫化胶定伸应力明显提高,动态性能有一定程度改善;白炭黑混炼胶的结合橡胶含量明显大于炭黑混炼胶。

废轮胎热解炭黑改性方法及对天然橡胶的增强效应

采用干法改性,分别以3种改性树脂PA、PF-203、Polstal-PC为改性剂,使用行星式球磨机对废轮胎热解炭黑(CB_(p))进行处理,探究改性前后CB_(p)的理化性质和结构的变化,并考察所得改性CB_(p)的增强性能及改性CB_(p)对天然橡胶硫化特性、交联密度、力学性能、动态力学性能的影响。结果表明,延长球磨时间会降低CB_(p)的粒径;改性树脂Polstal-PC的助磨效果最为明显,与未改性CB_(p)相比,由Polstal-PC改性的CB_(p)的总比表面积由65.1 m^(2)/g增至97.4 m^(2)/g,外表面的比表面积由63.0 m^(2)/g增至71.6 m^(2)/g;3种改性剂均有助于天然橡胶的硫化作用,添加改性树脂Polstal-PC改性CB_(p)可明显提高天然橡胶硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力和交联密度,添加增黏树脂PA改性CB_(p)会导致天然橡胶硫化胶的定伸应力下降和交联密度降低;改性树脂Polstal-PC改性CB_(p)对天然橡胶的增强作用最强,当其添加量为2份(质量,下同)时,天然橡胶硫化胶具有最佳的综合性能,其对天然橡胶硫化胶滚动阻力的提升大于抗湿滑性能的损失,但其添加量超过3份时天然橡胶硫化胶的储能模量明显增大。

微米/纳米二氧化硅共填充制备天然橡胶/二氧化硅复合材料及其性能

采用湿法混炼工艺制备了二氧化硅分散粒径为100 nm的天然橡胶/二氧化硅复合材料胶母粒,结合传统干法混炼技术制备了二氧化硅总填充量为60份(质量)的微米/纳米共填充天然橡胶/二氧化硅复合材料。结果显示,湿法混炼过程中填充的小粒径二氧化硅仍然以小粒径分散,与橡胶分子链更倾向于形成紧密结合层。湿法混炼技术的使用提升了二氧化硅的分散性,复合材料的Payne效应更弱。与干法混炼技术并用制备的小粒径与大粒径二氧化硅比例为50/10时,填料形成了较宽的粒径分布,形成了适中的填料-橡胶结合强度,进一步提升了天然橡胶/二氧化硅复合材料的拉伸强度和扯断伸长率。

液体再生胶在输送带覆盖胶中的应用

将不同工艺制得的两种再生胶加入输送带覆盖胶,研究了不同门尼黏度再生胶及其用量对输送带覆盖胶性能的影响。结果表明,随着再生胶用量的增加,混炼胶的正硫化时间变短,转矩差变小,Payne效应变强;硫化胶的硬度、拉伸强度、定伸应力下降,拉断伸长率上升,耐磨性能下降,疲劳温升和耐屈挠性上升。液体再生胶门尼黏度低,对混炼胶硫化曲线中的转矩差影响更大,Payne效应变小,拉伸强度和拉断伸长率增加,耐磨性能下降,耐屈挠性增加。

溶聚丁苯橡胶的官能化对白炭黑/溶聚丁苯橡胶复合材料性能的影响

研究溶聚丁苯橡胶(SSBR)的官能化改性对白炭黑/SSBR复合材料性能的影响。结果表明:与未加入硅烷偶联剂的SSBR胶料相比,加入硅烷偶联剂的SSBR胶料的门尼粘度和转矩减小,t 5延长,t90缩短;与未改性SSBR胶料相比,官能化改性SSBR胶料的硬度和10%定伸应力减小,300%定伸应力和拉伸强度增大,耐磨性能提高;白炭黑的分散性得到改善,胶料的Payne效应减弱,滞后损失和滚动阻力降低,抗湿滑性能提高。

炭黑氧化度对顺丁橡胶/天然橡胶并用胶性能的影响

研究炭黑氧化度对顺丁橡胶(BR)/天然橡胶(NR)并用胶性能的影响。经高温脱挥或氧化处理后炭黑填充的BR/NR并用胶的门尼粘度增大,加工性能变差;与未处理的炭黑填充BR/NR并用胶相比,高温脱挥处理炭黑填充BR/NR并用胶的300%定伸应力、拉伸强度和压缩疲劳温升提高,耐老化性能降低;随着炭黑氧化度的增大,BR/NR并用胶的300%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和压缩疲劳温升降低;随着炭黑挥发分含量和氧化度的减小,0和60℃时BR/NR并用胶的损耗因子增大。

碳纳米管束与白炭黑并用对溶聚丁苯橡胶导热性能及力学性能的影响

上世纪九十年法国米其林公司使用白炭黑研制成功了第一代绿色节油轮胎,白炭黑的加入使得轮胎的滚动阻力大大降低,但也存在着一些炭黑轮胎所未见到的缺点与不足,基于此,本文研究了阵列碳纳米管束(CNTBs)和无序的碳纳米管等填料,对SSBR复合材料各项性能的影响。结果表明,研究中的三种CNTBs都能够在橡胶基体中形成完整的网络体系。其中,GT205增强复合材料具有优异的纳米增强效应,静态力学性能增幅明显。此外,由于GT205具有优异的取向性及较高的分散性,添加GT205并不会明显增加复合材料的损耗因子(tanδ),且该CNTBs/SSBR复合材料的体积电阻率仅为对照组的1/6500,能够满足胎面胶导电性能的使用需求。

新型可持续硅烷偶联剂NXT Z45在绿色轮胎胎面胶中的应用

研究新型可持续硅烷偶联剂NXT Z45在绿色轮胎胎面胶中的应用,考察硅烷化反应时间对胶料性能的影响,并与偶联剂Si69进行对比。结果表明:在减量替代偶联剂Si69的情况下,硅烷偶联剂NXT Z45可以提高白炭黑在橡胶中的分散性,改善胶料的加工性能和储存稳定性,降低硫化胶的滚动阻力,提高抗湿滑性能,并保持相当的基本物理性能;此外,保证足够的硅烷化反应时间可以提高硫化胶的耐磨性能。

纳米二氧化硅粒径对橡胶复合材料力学性能的影响

以不同粒径的纳米二氧化硅为填料加到天然橡胶中制备纳米二氧化硅/天然橡胶(NR)复合材料。研究了不同粒径纳米二氧化硅(15,30和80nm)对复合材料的力学性能、应力软化效应、Payne效应、动态热机械性能、压缩生热和损耗因子等基本特性的影响。结果表明,随着纳米二氧化硅粒径的增大,复合材料的抗拉强度变大,应力软化效应增大;同时,复合材料的Payne效应和损耗因子越低,其动态压缩温升越低。Payne效应分析及扫描电镜观察还表明,大粒径纳米二氧化硅在橡胶基体中易于分散均匀,粒子间聚集程度更小,而小粒径的则表现出较明显的团聚现象,粒子在橡胶基体中的分散性对复合材料力学性能有直接影响。

封端型巯基硅烷偶联剂对白炭黑补强NR性能的影响

研究自制封端型巯基硅烷偶联剂SilaneN对白炭黑补强NR性能的影响 ,并与硅烷偶联剂Si69和Si75进行比较。试验结果表明 ,与使用硅烷偶联剂Si69的NR相比 ,使用硅烷偶联剂SilaneN的NR混炼胶中的白炭黑分散性稍差 ,NR硫化胶的生热稍低 ,在玻璃化温度时的损耗因子稍大 。

炭黑表面活性对填料网络和填料与橡胶之间相互作用的影响

采用原位固相接枝技术,将天然橡胶大分子接枝到炭黑表面,并考察了炭黑表面活性对其填充天然橡胶中填料网络和填料与橡胶相互作用程度的影响。结果表明:炭黑经过接枝改性后,其表面活性增加,且与橡胶基体的相互作用力增大,炭黑之间的网络化程度降低。

炭黑和碳纳米管对丁腈橡胶性能的影响

研究炭黑和碳纳米管对常温和高温下丁腈橡胶(NBR)物理性能和耐热空气老化性能的影响。结果表明,增大炭黑用量或加入碳纳米管,胶料的Payne效应增强,加工性能降低,常温下硫化胶的耐热空气老化性能变化不大;与常温相比,高温下硫化胶的物理性能和耐热空气老化性能显著降低。

炭黑DZ13和白炭黑VN3在高性能轮胎胶料中的应用

研究了低滞后炭黑DZ13和高分散性白炭黑VN3对NR/SSBR(溶聚丁苯橡胶)硫化胶物理机械性能和动态力学性能的影响。结果表明,与普通炭黑N234相比,低滞后炭黑DZ13和高分散性白炭黑VN3能够大幅度降低轮胎生热;与DZ13相比,VN3硫化胶的储能模量(G′)随填充量增加变化幅度较大,损耗因子(tanδ)比DZ13硫化胶小很多;DZ13硫化胶的Payne效应随用量增加而增加,临界应变也随之减小,而VN3硫化胶的Payne效应比DZ13硫化胶强,临界应变也大得多,而且存在两段G′明显下降的过程,表明VN3形成了一种更强的填料网络;高DZ13用量的硫化胶动态力学性能的温度依赖性不符合交联网络弹性理论,VN3硫化胶动态力学性能的温度依赖性更大。