填料与补强
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橡胶制品加工常用助剂详解橡胶与乳胶配合剂材料详解!1、橡胶硫化体系助剂在橡胶工业中,习惯把使用目的相同或相关的助剂合称为体系。
例如,把硫化剂、硫化促进剂、活性剂及防焦剂统称为硫化体系,因为它们都与硫化有关。
硫化剂包括硫、硒、碲、含硫化合物、有机过氧化物、醌类化合物、胺类化合物、树脂类、金属氧化物和其它硫化剂;硫化促进剂包括二硫代氨基甲酸盐、黄原酸盐、秋兰姆、噻唑类、次磺酰胺、胺和醛胺缩合物、胍类、硫脲类;活化剂包括氧化锌、氧化镁、硬脂酸等。
所谓橡胶硫化,就是把具有塑性的胶料转变成为具有弹性的硫化胶的过程,即橡胶分子链在化学或物理因素的作用下产生化学交联作用,变成空间网状结构。
凡能引起橡胶产生交联作用的化学药品都可称之为硫化剂。
硫黄是其中最常用的一种。
用纯硫硫化的硫化胶不仅交联效率和交联密度很低,而且物理机械性能差,所以在胶料配方中一般很少使用纯硫体系。
采用的是一些有机多硫化物(主要品种有TMTD、TMTT、DTDM等)以及有机过氧化物(常用的品种有DCP、DTBP等)。
这些硫化剂的使用可以使胶料具有一些优良的特殊性能,如耐热性、耐老化性等。
另外还采用一些合成树脂类物质。
硫化剂能将线型的橡胶分子交联成网状结构。
在使用硫黄作硫化剂时,通常要配合一些化学药品来促进其硫化反应,从而提高生产效率和胶料性能。
能促进硫化作用的化学药品称为硫化促进剂。
硫化促进剂常用的品种有:硫化促进剂M、DM、MZ、OZ、NOBS、DZ、TT、TMTT等。
目前较好的硫化促进剂为季磷盐类,如1-邻苯二甲酰亚胺基酸基-4-丁基三苯基磷溴化物、双(苄基三苯基膦)亚胺氯化物、三苯基苄基氯化磷等,用量一般为0.4~0.7 份。
当然也可以使用复合硫化促进剂,除季磷盐外还可以添加季铵盐类,如四丁基苯并噻唑基硫化铵、双肉桂丙撑二胺等。
硫化促进剂能缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫黄用量。
噻唑类和次磺酰胺类是硫化促进剂的主体,约占其总量的70%~75%。
补强与填充剂1、基本概念补强剂:指能提高橡胶制品物理机械性能的填料。
填充剂:指能增加橡胶制品的容积,降低含胶率,降低成本的填料。
2、填料的分类按作用分:补强剂、填充剂按颜色分:黑色填料、非黑色填料按来源分:有机填料、无机填料按形状分:粒状填料、树脂填料、纤维填料第一节炭黑的品种和分类炭黑品种有40多种。
按作用分:硬质炭黑(粒径40nm以下,补强性高);软质炭黑(粒径40nm以上,补强性低)。
按制法分:槽法炭黑、炉法炭黑、热裂法炭黑、新工艺炭黑一、接触法炭黑(槽黑,呈酸性,补强性大,属硬质炭黑)以冷却的金属成非金属为接触面,从原料气的火焰中将烟气冷却收集而成。
主要品种:(1)天然气槽黑(以天然气为原料)PH较低。
易混槽黑EPC,ASTM标号为S300可混槽黑MPC,ASTM标号为S301(2)混气炭黑(3)辊筒炭黑(4)导电槽法炭黑CC,粒子粗,电阻很小。
基本性质:(1)粒子较细(粒径范围30nm左右,)对NR的补强作用大,强伸性能、抗撕裂性能和抗割性能好,(2)含氧量高(带有较多的含氧基团)呈酸性,迟延硫化作用,因酸性助剂对促进剂有吸附作用,(3)主要用于NR中,制胎胎面胶,合成胶中少用。
二、油基炉法炭黑(碱性,具高补强性,硬质炭黑)也称油炉黑或炉黑,是以原料油为原料。
在特制的炉中进行燃烧,然后将烟气经喷水冷却而得,(因吸收了水中的盐类,呈碱性)主要品种:(1)超耐磨炭黑SAF(supper abrasion furnace black),ASTM标号为N110 粒子细,补强效果好,但不易分散,工艺性能差。
(2)中超耐磨炉黑ISAF(Intermediate super abrasion furnace black),ASTM标号为N220高结构中超耐磨炉黑HS-ISAF,ASTM标号为N242低结构中超耐磨炉黑LS-ISAF,ASTM标号为N219(3)高耐磨炉黑HAF(High abrasion furnace black),ASTM标号为N330 高结构高耐磨炉黑HS-HAF,ASTM标号为N347低结构高耐磨炉黑LS-HAF,ASTM标号为N326基本性质①粒子细,为高补强性的硬度炭黑,②对合成橡胶很适用(对NR也适用)③含水量氧量少,呈碱性,起促进硫化的作用④广泛用于要求耐磨性好的制品,如轮胎胎面胶三、气基炉法炭黑(瓦斯炉法炭黑,补强性小,称为软质炭黑)以天然气及一定比例空气在炉内进行不完全燃烧而得。
白炭黑补强硅橡胶机理白炭黑是一种常用的填料,可以用来补强硅橡胶材料。
它具有高比表面积、优异的增强效果和抗老化性能,因此被广泛应用于橡胶制品的生产中。
补强硅橡胶的机理主要包括物理机械作用和化学作用两个方面。
首先,白炭黑的高比表面积能够提供更多的接触面积,增加与硅橡胶的物理结合力。
其次,白炭黑的颗粒形状和尺寸能够增加硅橡胶的机械强度,提高其抗拉强度和耐磨性。
在物理机械作用方面,白炭黑填料与硅橡胶基体之间形成了一种物理上的键合关系。
白炭黑颗粒的高比表面积使其能够与硅橡胶分子链相互作用,形成一种物理上的吸附作用。
这种吸附作用能够增加硅橡胶的黏附能力和内聚力,使其具有更好的拉伸性能和耐磨性。
在化学作用方面,白炭黑填料还能与硅橡胶基体发生化学反应,增强其化学键合力。
白炭黑的表面含有许多活性基团,可以与硅橡胶中的官能团发生反应,形成化学键。
这种化学键能够提高硅橡胶的耐热性、耐油性和耐腐蚀性,使其在复杂的工作环境中具有更好的稳定性和耐用性。
除了物理机械作用和化学作用,白炭黑还能够通过改变硅橡胶的微观结构来提高其性能。
白炭黑填料的加入可以改变硅橡胶的晶粒尺寸和分布,使硅橡胶具有更细密的结构和更均匀的分布。
这种微观结构的改变能够提高硅橡胶的物理力学性能,使其具有更好的弹性和韧性。
总的来说,白炭黑补强硅橡胶的机理是通过物理机械作用、化学作用和微观结构调控三个方面来实现的。
白炭黑的高比表面积和颗粒形状能够增加硅橡胶的物理强度和黏附能力,而其表面的活性基团则能够与硅橡胶发生化学反应,增强其化学性能。
此外,白炭黑的加入还能够改变硅橡胶的微观结构,进一步提高其性能。
因此,白炭黑作为一种常用的填料,能够有效地补强硅橡胶材料,提高其综合性能,广泛应用于橡胶制品的生产中。
陶土的种类及其补强效果
陶土(Al2O·SiO2·nH2O)即粘土,又称高岭土,是以含水硅酸铝为主要成分的硅酸盐之一。
在橡胶工业中,陶土是最大的无机填料。
在国内,以苏州所产的质量为最好,其粒径在1~10um之间,颜色为白色至淡黄色,相对密度为2.5~2.6。
陶土分为硬质陶土和软质陶土,硬质陶土的粒子较小,粒径在2um 以下的占87%~92%,其补强效果较好;软质陶土较粗,粒径在2um以下的占50%左右,5um以上的占25%~30%,其补强性能较差。
此外,可将陶土进行煅烧(580℃),使其失去结构中的-OH基,于是变成工非晶形的氧化硅和氧化铝的聚集体(即偏高岭土)。
煅烧后的陶土,其补强性能变得更差。
陶土是廉价而易得的原料,填加陶土能提高胶料的粘性和挺性,减小硫化收缩率。
当其用量在30体积份以内时,则具有某些补强作用,可以提高硫化胶的定伸强度、硬度及耐磨性。
加入陶土还可以提高橡胶的介电性能、耐油性、耐热性及耐酸碱性。
但是,由于陶土粒子结构的各向异性,所以其硫化胶的撕裂强度低。
在非结晶橡胶中,陶土的补强作用比较显著,如果将陶土与炭黑并用于非结晶橡胶时,赋硫化胶在多次变形条件下仍然具有很高的破坏强度。
云母和滑石粉是橡胶中使用的补强填料的例子云母是一种具有层状结构的矿物,主要包括硅酸铝钾、铝镁铁等成分。
它具有优异的物理和化学性质,因此被广泛应用于橡胶工业中。
云母的层间结构使其具有优异的薄片状特点,可以有效地改善橡胶的机械强度、耐热性和耐磨性。
云母还具有很好的增韧性和抗折性,能够增加橡胶制品的强度和硬度。
云母在橡胶中的应用主要有两种形式,一种是以氧化铝为主要成分的云母粉体,另一种是以云母纤维为主要成分的云母纤维素。
云母粉体主要用于增强硫化橡胶的力学性能,改善制品的抗拉强度、弹性模量和硬度。
云母纤维素则主要用于增强硫化橡胶的抗撕裂性能和耐热性能,使橡胶制品具有更好的抗裂能力和耐用性。
云母粉体在橡胶中的应用可以通过填充增强或粒子复合两种方式进行。
填充增强是将云母粉体加入到橡胶中作为填充剂,通过填充效应来增强橡胶的力学性能。
云母粉体具有较高的比表面积和较好的相容性,能够与橡胶基体良好地相互作用,提高橡胶的力学强度和耐磨性。
粒子复合是将云母粉体与橡胶基体形成复合材料的一种方式,通过云母粉体与橡胶基体之间的互相作用来改善橡胶的物理和力学性能。
云母粉体可以通过改变其加入量和分布来调节橡胶的性能,例如,适量的云母粉体能够提高橡胶的硬度和强度,而过多的云母粉体则可能导致橡胶的延展性和弯曲性变差。
滑石粉是一种由氢氧化镁和氢氧化铝组成的矿石,具有较好的耐热性、耐磨性和电绝缘性能。
滑石粉在橡胶中的应用主要是通过填充增强的方式进行,类似于云母粉体的应用。
滑石粉的细小颗粒结构使其能够填充在橡胶基体中,提高橡胶的机械强度和耐磨性。
滑石粉还具有很好的吸湿性和抗裂性能,能够增加橡胶制品的耐用性和耐候性。
同时,滑石粉的高熔点和低导热系数使其具有优异的耐热性能,在高温环境下仍能保持较好的物理和力学性能。
总之,云母和滑石粉是橡胶中常用的补强填料。
它们能够提高橡胶的力学性能、耐热性能和耐磨性能,使橡胶制品具有更好的强度、耐用性和耐候性。
填料的作用及分类◆ 填料填料是用以改善复合材料性能(如硬度、刚度及冲击强度等),并能降低成本的固体添加剂,它与增强材料不同,填料呈颗粒状。
而呈纤维状的增强材料不作为填料。
填料的作用机理:填料作为添加剂,主要是通过它占据体积发挥作用,由于填料的存在,基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间,使得相连的链段在某种程度上被固定化,并可能引起基体聚合物的取向。
由于填料的尺寸稳定性,在填充的聚合物中,聚合物界面区域内的分子链运动受到限制,而使玻璃化温度上升,热变形温度提高,收缩率降低,弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。
填料的作用:①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;②树脂粘度有效的调节剂;③可满足不同性能要求,提高耐磨性、改善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度;④可提高颜料的着色效果;⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性;⑥有增容作用,可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力。
填料的种类(1)无机填料和有机填料①无机类填料无机类填料主要以天然矿物为原料经过开采、加工制成的颗粒状填料,少数填料是经过处理制成的。
a.氧化硅及硅酸盐。
b.碳酸盐及碳化物。
c.硫酸盐及硫化物。
d.钛酸盐。
e.氧化物及氢氧化物。
f.金属类。
②有机类填料有机类填料是由天然的动植物及人工合成的有机材料(如再生纤维素、合成树脂等)制成的。
(2)惰性填料及活性填料①惰性填料是将天然矿石用湿磨研磨后烘干或干磨成粉直接使用。
②活性填料采用偶联剂表面处理使填料表面有被覆层或天然矿物经过煅烧亦或兼有两种方法。
(3)微球形(实心或空心)填料微球形填料其主要特征是在任意方向上长度大致相等。
a.玻璃微珠有实心微珠(沉珠)和空心微珠(漂珠)两种。
b.聚合物微珠是有机化合物制成的高分子聚合物微珠。
(4)片状、纤维状、针状填料①鳞片状填料是在两个方向上长度比第三个方向长得多的粒子,具有鳞片形状。
橡胶工艺学试题库答案,值得收藏!橡胶工艺学试题库一、填空题1. 生胶即尚未被交联的橡胶,由线形大分子或者带支链的线性大分子构成。
2. 生胶随温度的变化有三态,即玻璃态、高弹态和粘流态。
3. 橡胶按来源与用途可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。
4. 合成橡胶分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两大类。
5. 天然橡胶大分子链结构单元是异戊二烯。
6. 产量最大的一种合成橡胶是丁苯橡胶,其结构单元是苯乙烯和丁二烯。
7. 生产合成橡胶常用的聚合方法是溶液聚合或乳液聚合。
8. 二元乙丙橡胶是完全饱和的橡胶,只能用过氧化物交联;三元乙丙橡胶主链完全饱和,但含有一定不饱和的侧链。
9. 硫化是指橡胶的线型大分子链通过化学交联而构成三维网状结构的化学变化过程。
10. 橡胶硫化体系的三个部分是硫化剂、活化剂、促进剂。
11. 橡胶硫化的历程可分为四个阶段:焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段、过硫化阶段。
12. 促进剂可以降低硫化温度、缩短硫化时间、减少硫磺用量,又能改善硫化胶的物理性能。
13. 橡胶中常用的填料按作用可分为补强剂和填充剂两大类。
最主要的补强剂是炭黑。
14. 炭黑按制造方法可分为炉法炭黑、槽法炭黑、热裂解炭黑、新工艺炭黑。
15. 白炭黑的化学成分是二氧化硅,可分为气相法和沉淀法两大类,其补强效果次于炭黑。
16. 橡胶发生老化的主要因素有热氧老化、光氧老化、臭氧老化和疲劳老化。
17. 橡胶的增塑实际上就是增塑剂低分子与橡胶高分子聚合物形成分子分散的溶液,增塑剂可看作是橡胶的稀释剂。
18. 橡胶中常用的增塑剂有石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂、松焦油系增塑剂、脂肪油系增塑剂、合成增塑剂。
19. 橡胶共混物的形态结构可分为均相结构、单相连续结构、两相联系结构。
20. 橡胶的配方设计就是根据产品的性能要求和工艺条件,合理地选用原材料,制订各种原材料用量和配比关系。
21. 橡胶工业中常用的混炼方法分为两种:间歇式混炼和连续式混炼。
胶水中常用的填料有那些都起什么作用胶水组分中不和主体材料起化学反应,但可以更改其性能、降低成本的固体材料称为填料。
使用填料是为了降低固化过程的收缩率,或是给与胶黏剂某些特别性能以适应使用要求,此外,有些填料还会提高胶层的耐冲击韧性及其他机械强度等。
依据胶黏剂的物理性能可加入适量的填料以改善胶黏剂的机械性能和降低产品的成本。
常用的填料重要是无机化合物,如金属粉末、金属氧化物、非金属矿物等。
在胶黏剂中加入肯定量的填料,尤其是极性填料,可以提高胶黏剂的内聚强度、黏合力耐热性,降低胶黏剂的固化收缩率和热膨胀系数等。
如添加石棉绒、玻璃纤维等来提高冲击强度;石英粉、瓷粉、铁粉等提高硬度和抗压性;石墨粉、滑石粉等提高耐磨性;氧化铝、钛白粉等加添粘接力。
胶黏剂中加人填料可起到下列作用。
1)加入填料可以起到增稠作用,避开胶液因在固化过程中流动而造成缺胶,纤维填料的增稠作用比较显著。
另外还可改善胶液的触变性能,以掌控胶液的流动性。
2)有些聚合物分子间的相互作用力较弱,内聚能低,因此力学性能不高。
选择适当颗粒大小的填料,能起到补强效果。
填料粒子的活性表面可与若干大分子链相结合形成交联结构。
当其中一条分子链受到应力时,可通过交联点将应力分散传递到其他分子上。
若其中某一条链发生断裂,其他链可以照样起作用,而不致立刻危及整体,故可以大幅度地提高胶黏剂的力学性能。
3)胶水在固化过程中伴随着体积减小和密度加添,这种体积收缩是由于化学作用引起的。
除固化过程产生的收缩外,由于胶黏剂与被胶物的不同的热膨胀系数,还会产生热收缩。
这两种收缩均会在胶层中产生内应力,造成应力集中,以至于引起胶层开裂或接头破坏,直接影响胶接接头的使用寿命。
填料可以调整固化过程的收缩率,削减胶黏剂和被胶物之间热膨胀系数的差别,并且阻拦裂缝延长,因此可以显著提高胶接强度尤其是高温下的剪切强度。
但是填料用量过多,体系模量加添,也会使接头的内应力加添,强度降低。
4)在胶水中加入导电良好的金属粉末,可配制成导电胶黏剂,金属粉以提高导热性等。
二氧化硅(SiO2)在硅橡胶中起到了补强作用,主要有以下几个机理:
1.填充效应:二氧化硅作为一种填充剂,能够填充橡胶基体中的空隙和孔隙,增加材料的
密实程度。
填充效应提高了硅橡胶的硬度和抗拉强度。
2.界面相互作用:二氧化硅与硅橡胶基体之间形成物理或化学吸附的界面,这种相互作用
可以增加硅橡胶的力学强度和耐磨性。
界面相互作用还可以防止填料的分散和沉淀,提高橡胶制品的稳定性。
3.增加粘合强度:二氧化硅表面常常经过特殊处理,例如使用有机硅偶联剂对其进行改性。
这样处理后的二氧化硅能够与硅橡胶基体更好地结合,并增加粘合强度。
4.刚性增强:二氧化硅具有较高的硬度和刚性,加入适量的二氧化硅可以增加硅橡胶的刚
性和弹性模量。
这对于需要较高刚性和抗变形能力的硅橡胶制品非常重要。
5.抗老化和耐热性提升:二氧化硅具有优异的抗氧化性质,能够有效阻止硅橡胶材料的老
化过程。
此外,二氧化硅还能增强硅橡胶的耐热性,使其在高温条件下保持稳定性能。
总的来说,二氧化硅在硅橡胶中通过填充效应、界面相互作用、粘合强度增加、刚性增强以及抗老化和耐热性提升,起到了补强作用,提高了硅橡胶的力学性能和耐久性。
强度:材料抵抗变形或破坏的能力,即材料所能承受的最大载荷,表征了材料的受力极限 玻璃钢:以玻璃纤维及其制品玻璃布、玻璃带、等为增强材料,以树脂为粘结剂,经一定的成型工艺制作而成的一种功能型的新型复合材料。
吸留橡胶指未硫化混炼胶在填料(炭黑)中能被良溶剂溶解的那部分像胶 结合橡胶也称为炭黑凝胶,是指炭黑混炼胶中不能被橡胶的良溶剂溶解的那部分橡胶。
硫化:线性的高分子在物理或化学作用下,形成三维网状体型结构的过程。
实际上就是把塑性的胶料转变成具有高弹性橡胶的过程。
结构化效应:硅橡胶与白炭黑的混炼胶随存放时间的延长会出现粘度上升,硬度增加,以致无法返炼的现象。
离聚物或称离聚体是指含有少量离子基团的聚合物。
并用:将两种或两种以上的不同橡胶或橡胶与合成树脂,借助机械力的作用搀混成一体,用以制造各种橡胶制品,称为橡胶机械共混或橡胶的并用 聚合物的相容性:指两种不同聚台物在外力作用下的混合,移去外力后仍能彼此相互容纳并保持宏观均相形态的能力。
工艺相容性: 这种共混物在微观区域内分成了两个相,构成多相形态,但在宏观上仍能保持其均匀性。
韧性是指材料破坏前吸收外加能量的能力。
冲击破坏是材料在高速冲击下的断裂现象. 冲击强度是标准试样在冲击断裂时单位面积上所消耗的能量或断裂时单位切口所消耗的能量,是度量材料在高速冲击下的韧性大小和抵抗断裂能力的参数。
复合材料的界面是指基体相与增强相之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。
复合材料,是指由两种或两种以上不同性质的材料,通过一定的工艺方法人工合成的,各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。
影响高分子材料强度的因素1.高分子本身结构1.1 分子链结构的影响1)主链结构 ,高分子链刚性增加,聚合物强度增加,韧性下降,像主链含有芳杂环结构的聚合物其强度和模量比脂肪族主链高。
主链上含有大的侧基,刚性大。
2)链节极性,链节含有强极性基团或氢键的基团使得分子间作用力增大,强度提高3)空间立构:结构规整和等规度高的聚合物因结晶而强度提高。
4)支化:支化破坏了链的规整性结晶度降低,还增加了分子间的距离分子间力减小,都使强度降低。
但是韧性有所提高。
1.2 交联的影响交联一方面可以提高材料的抗蠕变能力,另一方面也能提高断裂强度。
一般认为,对于玻璃态聚合物,交联对脆性强度的影响不大;但对高弹态材料的强度影响很大。
随交联程度提高,橡胶材料的拉伸模量和强度都大大提高,达到极值强度后,又趋于下降(结晶取向下降);断裂伸长1.3 分子量及其分布的影响:分子量是对高分子材料力学性能(包括强度、弹性、韧性)起决定性作用的结构参数。
低分子有机化合物一般没有力学强度(多为液体),高分子材料要获得强度,必须具有一定聚合度,使分子间作用力足够大才行。
2.结晶与取向2.1 结晶的影响:结晶对高分子材料力学性能的影响也十分显著,主要影响因素有结晶度、晶粒尺寸和晶体结构。
1)结晶度:随着结晶度上升,材料的屈服强度、断裂强度、硬度、弹性模量均提高,但断裂伸长率和韧性下降。
这是由于结晶使分子链排列紧密有序,孔隙率低,分子间作用增强所致2)晶体尺寸:小球晶:强度、伸长率、模量和韧性得到提高,大球晶:断裂伸长和韧性下降,冲击强度下降3)结晶形态:同一类聚合物,伸直链强度最大,串晶次之,球晶最小。
2.2 取向的影响:加工过程中分子链沿一定方向取向,使材料力学性能产生各向异性,在取向方向得到增强。
对于脆性材料,取向使材料在平行于取向方向的强度、模量和伸长率提高,甚至出现脆-韧转变,而在垂直于取向方向的强度和伸长率降低。
对于延性、易结晶材料,在平行于取向方向的强度、模量提高,在垂直于取向方向的强度下降,伸长率增大。
对纤维和薄膜,取向是提高性能必不可少的措施。
原因:取向后分子沿外力的方向有序排列,断裂时主价键比例增大,而使聚合物强度提高。
3.应力集中物如果材料内部存在缺陷,受力时材料内部的应力平均分布状态将发生变化,使缺陷附近局部范围内的应力急剧的增加,远远超过应力平均值,这种现象称为应力集中。
4.增塑剂:抗张强度降低,冲击性能提高。
原因:能够同聚合物相容的小分子,是使分子链之间的相互作用减弱,分子链活动性增加。
从而使材料的拉伸强度下降,冲击强度升高。
5.填料除增强材料本身应具有较高力学强度外,增强材料的均匀分散、取向以及增强材料与聚合物基体的良好界面亲和也是提高增强改性效果的重要措施。
粉状填料的增强效果主要取决于填料的种类、尺寸、用量、表面性质以及填料在高分子基材中的分散状况。
6.共聚和共混采用与橡胶类材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗冲击性能。
7.外力作用速度与温度当时间一定时,升高温度,链段活动容易,屈服应力降低,屈服强度低。
相反降低温度会使材料的链段运动能力降低,材料在更高的外力下发生脆性断裂,温度一定,外力作用时间越短,链段跟不上外力的变化,为使材料屈服需要更大的外力,材料的屈服强度提高,当屈服强度大到超过断裂强度时,材料受力后,尚未屈服已先行断裂,呈现脆性断裂特征。
8.环境:表面侵蚀,局部侵蚀,力化学侵蚀补强是指能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨性同时获得明显提高的作用。
填充是指在橡胶中加入一种物质后能降低成本、增大体积或改善加工性能等炭黑的空隙度(表面粗糙度)炭黑粒子在形成过程中,高温作用使粒子的表面发生氧化侵蚀而形成许多直径数埃数十埃的孔洞,称为空隙度。
影响炭黑结合胶的因素:1). 炭黑的影响(1) 炭黑比表面积的影响,结合胶几乎与炭黑的比表面积成正比。
( 2)炭黑结构度的影响高结构炭黑的结合胶含量较高。
( 3)炭黑粗糙度的影响炭黑的粗糙度越高,表面的微孔越多,可与橡胶分子触及的表面积越少,形成的结合橡胶越少。
( 4)炭黑表面活性的影响炭黑石墨化以后,表面的活性基团数量减少,形成结合橡胶的能力变差。
( 5)炭黑用量的影响在一定的范围内增加炭黑的用量,会使形成的结合橡胶量增多。
2). 生胶的影响生胶的品种:不饱和橡胶更容易生成结合橡胶;饱和橡胶对槽法炭黑的亲和力更强。
生胶的分子量:分子量越高,相同的条件下生成的结合橡胶量越高。
3). 工艺条件的影响(1)薄通次数的影响(2)混炼温度的影响(3)陈化温度和时间的影响混炼后随停放时间增加,结合胶量增加,大约一周后趋于平衡。
陈放温度的提高也有利于加速吸附过程,结合橡胶的量也增加。
炭黑对橡胶的补强机理:1)容积效应:这种补强作用称为“容积放大效应”。
这种现象是基于橡胶大分子链在炭黑表面吸附呈现特殊的平面取向状态,增加了分子间的作用力,从而提高了橡胶的强力,能够承受较大的变形。
2)弱键和强键学说:炭黑与橡胶分子的结合是由各种能量不同的,键结合的结果,有比较弱的吸附的物理键,也有少数强的化学键。
在外力作用下,炭黑表面与橡胶链的分离直至断裂时,剩下的为强键。
强键直接影响硫化胶的抗张强度、抗撕裂和耐磨耗能力,强键数目越多补强作用越大。
3)Bueche炭黑粒子间橡胶链的有限伸长学说:炭黑补强的硫化胶在炭黑粒子之间有为数众多的橡胶链,一条断了,应力由其它链分担,因此炭黑起着均匀应力的作用,减少了整体的破裂。
当伸长太大时,炭黑粒子也会移动,这种移动使应力松弛起着缓和应力的作用。
从而提高了硫化胶的强度。
4)壳层模型理论:双壳层相起骨架作用联结自由大分子相和交联结构相,构成一个橡胶大分子与填料整体网络,改变了硫化胶的结构,提高了硫化胶的物理机械性能。
5)橡胶大分子链滑动学说:该理论的核心是橡胶大分子能在炭黑表面上滑动,由此解释了补强现象。
炭黑粒子表面的活性不均一,有少量强的活性点以及一系列的能量不同的吸附点。
吸附的橡胶链段在应力作用下会滑动、伸长。
(1)原始状态:胶料原始状态,长短不等的橡胶分子链被吸附在炭黑粒子表面上。
(2)中等拉伸状态:当伸长时,这条最短的链不是断裂而是沿炭黑表面滑动,这时应力由多数伸直的链承担,起应力均匀作用,缓解应力集中为补强的第一个重要因素。
(3)完全伸长状态:当伸长再增大,链再滑动,使橡胶链高度取向,承担大的应力,有高的模量,为补强的第二个重要因素。
由于滑动的摩擦使胶料有滞后损失。
滞后损失会消耗一部分外力功,化为热量,使橡胶不受破坏,为补强的第三个因素。
(4)回缩后状态:收缩后胶料的状况,表明再伸长时的应力软化效应,胶料回缩后炭黑粒子间橡胶链的长度差不多一样,再伸长就不需要再滑动一次,所需应力下降。
在适宜的情况(如膨胀)下,经过长时间,由于橡胶链的热运动,吸附与解吸附的动态平衡,粒子间分子链长度的重新分布,胶料又恢复至接近原始状态。
硫化胶的性能取决于三个方面:橡胶本身的结构自补强型橡胶,非自补强型橡胶交联键的类型:1.强伸性能顺序如下:-C-Sx-C->-C-S -C->-C-S-C->-C-C- 2.动态性能顺序如下:-C-Sx-C->-C-S -C->-C-S-C- 3.耐热性顺序如下:-C-C- >-C-S-C- >-C-S -C- >-C-Sx-C-交联的密度:交联密度对硫化胶的弹性、拉伸强度的影响是先增后降。
硫化胶的模量与交联密度成正比;硫化胶的拉断伸长率、永久变形、蠕变、滞后损失随交联密度的增加而降低;而硬度、抗溶胀性能增加。
白炭黑表面的吸附作用:表面羟基具有吸水性,加热后可以脱出,为可逆应,对加工有一定影响。
白炭黑的表面基团有一定的反应性:失水及水解反应、与酰氯反应、与活泼氢反应、形成氢键。
白炭黑表面有很强的化学吸附性:与许多小分子物质吸附,SiO2胶料中常用乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺等多官能团化合物作活性剂。
不饱和羧酸金属盐增强橡胶的特点:1. 在相当宽的硬度范围内都具有很高的强度;2. 随着不饱和羧酸金属盐用量的增加,体系粘度变化不大,具有良好的加工性;3. 在高硬度时仍有较高的伸长;4. 较高的弹性;5. 较低的生热;6. 硬度和模量对温度较低的依赖性.不饱和羧酸金属盐增强橡胶机理:不饱和羧酸金属盐在硫化过程中聚合并部分接枝于橡胶分子链,分相后形成纳米粒子,正是这种纳米粒子起到了增强作用。
在过氧化物存在下,不饱和羧酸金属盐发生聚合反应并部分接枝于橡胶分子链上,从而在硫化胶中生成大量的离子交联键。
不饱和羧酸盐补强的橡胶中存在着大量的离子交联键并分散着纳米粒子,这种结构特点使硫化胶具有独特的性能。
离子交联键具有滑移特性,能最大限度地将应力松弛掉,并产生较大的变形,因此能够赋予硫化胶高强度、高的断裂伸长率。
不饱和羧酸盐在橡胶基体中发生聚合反应,生成的聚盐以纳米粒子的形式存在在橡胶中,并有一部分不饱和羧酸盐接枝到橡胶大分子上,从而改善了橡胶与填料粒子间的相容性。
橡胶共混物的共交联;橡胶共交联有两重含义:一是两相聚合物在交联条件下能在各自相区内发生交联,并且以近似同步的交联速度使两相都达到正硫化;二是在各相发生交联的同时在两相的界面层内发生两相分子间的交联。