什么是橡膠補強?補強機理是什么?

圖1-10  分子鏈滑動補強機理示意圖
       在橡膠中通過加入大量的物質來改善橡膠的拉伸強度、耐磨性、撕裂強度和定伸應力等力學性能,提高使用性能,延長制品使用壽命,這種作用稱為橡膠補強,這些物質稱為補強劑。常用的補強劑有炭黑、白炭黑、硅酸鹽、活性碳酸鈣、氧化鋅以及一些有機化合物。
       炭黑是橡膠工業中的主要補強劑,幾十年來,人們對炭黑補強機理進行了廣泛的探討,總結出很多學說,其中橡膠分子鏈滑動理論較典型。該理論認為炭黑粒子表面的活性是不均一的,存在著少數強活性點及大量的能量不同的吸附點。因此炭黑對其表面上的橡膠鏈有不同的結合能量,可以是多數的由范德華力引起的吸附或少數的化學結合鍵。當炭黑補強硫化膠受到外力作用時,被吸附的橡膠鏈段會在炭黑粒子表面滑動伸長,于是產生以下補強效應。
①當分子鏈滑動時,大量的物理吸附的解析作用吸收外力而起到緩沖作用。
②由于滑動摩擦使膠料產生高滯后損耗,損耗會消耗一部分能量,并轉化為熱能耗散掉,從而保護橡膠不受破壞。
③分子鏈滑動的結果,是使橡膠鏈高度定向,從而承擔了大的應力或模量。以上效應的結果可使橡膠的強度大大提商,抵抗破裂。分子鏈滑動補強機理如圖1-10所示。
       圖1-10中,1表示膠料的原始一狀態,兩個炭黑粒子中間的橡膠鏈段長短不等;2表示當伸長不大時,炭黑粒子間最短的鏈段完全伸直,承受應力;3表示當伸長增加時,這條最短的鏈段不是斷裂,而機理示意圖是滑動伸長,這時應力由多數伸直的鏈段承擔,這種應力均勻作用是補強的一個非常重要的因素;4表示伸長繼續增大時,由于鏈段滑動的結果,使橡膠鏈段高度定向,應力均勻分布,可承擔大的應力和模量,這是補強的另一個重要因素,由于滑動摩擦使膠料產生高的滯后損耗,損耗會吸收一部分外力,轉化為熱量,使橡膠不會破壞,這也是補強的一個重要因素;5表示去掉外力后,膠料收縮,再伸長時則產生應力軟化現象,這是因為膠料回縮后炭黑粒子間的橡膠鏈段長度差不多一樣,再伸長時不需再行滑動,所需應力下降;6表示經長時間恢復后,由于橡膠鏈段的熱運動,吸附與解吸附的動態平衡,使炭黑粒子間橡膠分子鏈段的長度重新分布,膠料又恢復至接近于原始狀態。
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