橡胶纳米补强中的逾渗机理和界面相互作用的研究
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并 定量地 获得橡 胶补 强 的临界粒 子 间距 。
基 金项 目 ： 家 杰 出 青 年科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ２ ３ ０ 国 ５７５１）
促 进剂 Ｄ ０ ５ 促进 剂 Ｄ ．， Ｍ ０ ５ 炭 黑 Ｎ３ ０ ． ， ３
０ ２ ４ ６ ８ １ ，５ ２ ，Ｏ或 ４ 。 ， ， ， ， ，０ １ ，０ ３ Ｏ 高交 联密 度 配 方 ：Ｂ １０ 氧化 锌 ＳＲ ０， 脂酸 ２ 防 老 剂 ４ １ ＮＡ １ 不 溶 性 硫 黄 ， ００ ， ５ 硬 ， ２ ６ ．，
第３ 期
刘 军 等 ． 胶 纳 米 补 强 中 的逾 渗 机 理 和 界 面相 互 作 用 的研 究 橡
１３ ３
橡 胶 纳 米 补 强 中 的 逾 渗 机 理 和 界 面 相 互 作 用 的研 究
刘 军 王振 华 吴丝竹 卢 咏 来 张 立群 ， ， ， ，
（ ． 京化 工 大 学 北 京 市新 型高 分 子 材 料 制 备 与 成 型 加 工 重 点 实 验 室 ， 京 １ ０ ２ ； ． 京 化 工 大 学 教 育 部 碳 纤 １北 北 ００９２北
中 图分 类 号 ： Ｑ３ ０ ３ １ ＴＱ３ ３ １ Ｔ ３．８ ； ３ ． 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：００８ ０ ２ １ ）３０ ３一８ １ ０ — ９ Ｘ（ ０ １ ０ — １ ３Ｏ
纳 米 补 强 是 橡 胶 科 学 与 工 程 领 域 一 个 十 分 重
１ 实 验 １ １ 主 要 原 材 料 ．
Ｎ７ ５和 Ｎ９ ０ 天津 海豚 炭黑 有 限公 司产 品 。 ６ ９，
１ ２ 配 方 ．
１ ２ １ 炭 黑 品 种 对 炭 黑 填 充 Ｓ Ｒ 影 响 的 试 验 ．． Ｂ 配 方 Ｓ Ｒ １ ０ 氧 化 锌 ５ 硬 脂 酸 ２ 防 老 剂 Ｂ ０， ， ， ４ １ ＮＡ １ 不 溶 性 硫 黄 ００ ，
维 及 功 能 高分 子 重 点 实 验 室 ， 北京 １ ０ ２ ） ０ ０ ９
摘 要 ： 不 同类 型 炭 黑 补 强 Ｓ Ｒ 拉 伸 强 度 的 研 究 表 明 ， 黑 补 强 Ｓ Ｒ 中 存 在 着 类 似 于 橡 胶 增 韧 塑 料 的 逾 渗 现 对 Ｂ 炭 Ｂ
象， 由此 提 出橡 胶 补 强 ｌ 间 距 的新 概 念 ， 讨 论 其 影 响 因 素 。 对 于 炭 黑 补 强 Ｓ Ｒ 体 系 ， 在 的 一 个 最 大 Ｉ 粒 径 临界 并 Ｂ 存 临界 （ 生 粒子 直 径 ） ８ ｍ 左 右 。 提 出 了界 面相 互 作 用 和 最 小 补 强 粒 子 尺 寸等 橡 胶 补 强 设 计 上 的 新 观点 。通 过 计 算 机 原 为 Ｏｎ 模拟， 在分 子 水 平 上 对 橡 胶 和 纳米 颗 粒 问 的界 面 相 互 作 用 进行 了 深入 研 究 ， 果 表 明范 结 氢
用 。 有 关 纳 米 粒 子 补 强 机 理 的 研 究 不 多 ， 有 很 仍
１ ３ 促 进 剂 Ｄ ０ ５ ．， ． ，
促进 剂 Ｄ Ｍ ０ ５ 炭 黑 （ 品 种 ） ０ ２ ４ ６ ８ ．， 变 ，， ，，，
１ ２ ２ 交 联 密 度 对 炭 黑 填 充 Ｓ Ｒ 影 响 的 试 验 ．． Ｂ
围 ） 况下 ， 近 颗 粒 表 面 的 分 子链 仍 然 具 有 一 定 的 活 动 性 ， 界 面处 能 发 生 吸 附 脱 附 的过 程 。从 热 力 学 和 动 力 学 的 情 靠 在 角 度 阐述 了在 颗 粒 的 表 面 不 太 可 能形 成 橡 胶 玻 璃 化 壳 层 。
关 键 词 ： 胶 ； 米 粒 子 ； 渗 ； 强 机 理 ； 面 相 互 作 用 橡 纳 逾 补 界
要 的 问题 ， 已经 有大 量 的纳米 复合材料 设计 、 备 制
和 性 能 方 面 的研 究 报 道 。 大 量 的 研 究 和 工 业 应 用
Ｓ Ｒ， Ｂ 牌号 １ ０ ， ５ ０ 吉林 化 学 工 业 股 份 有 限 公
司 产 品 ； 黑 ， 号 Ｎ１ ０ Ｎ２ ０ Ｎ３ ０ Ｎ５ ０ 炭 牌 １， ２， ３ ， ５ ，
１ １ ， ０， ０或 ４ 。 ０， ５ ２ ３ ０
粒 子可 以使 非 拉 伸 结 晶 性 橡 胶 （ Ｓ Ｒ， Ｒ， 如 Ｂ ＮＢ Ｅ Ｒ 等） Ｐ 的强 度提 高 １ 倍 以上 ， 以使拉 伸 结 晶 ０ 可 性橡 胶 （ ＮＲ， Ｒ等 ） 如 Ｃ 的定伸应 力 与耐 磨性 能 提 高 １ Ｏ倍 以上 ， 而微米 粒子 常常 只有填 充增 容的作
表明， 纳米 粒子 补 强对 于橡 胶 的 高效 补 强 是必 需 的。高级别 细粒 子 的炭黑是 橡胶 工业 最早使 用 的
纳米 补强剂 ， 即使 其 聚 集 体 等效 长 轴 方 向 的长 度 超过 １ ０ｎ 但其 在 另外二 维 的尺度 也 明显小 于 ０ ｍ，
１ ０ｎ 。随 后 被 橡 胶 工 业 大 量 使 用 的 白 炭 黑 则 ０ ｍ 是 一 种 表 面 含 有 活 性 羟 基 的 纳 米 二 氧 化 硅 。纳 米
促进 剂 Ｄ １促 进 剂 Ｄ ， Ｍ １ 炭 黑 Ｎ ３ ０ ２ ， ３０ ，，
作者 简 介 ： 军 （ ９ ４ ） 男 ， 北 荆 州 人 ， 京 化 工 大 学 在 刘 １８ 一 ， 湖 北
配 方
低 交 联 密 度 配 方 ： Ｂ １ ０ 氧 化 锌 ５ 硬 Ｓ Ｒ ０， ， 脂酸 ２ 防 老 剂 ４ １ ＮＡ １ 不 溶 性 硫 黄 ， ００ ， １ ３ ．，
多 问题 未能得 到很 好 的解 释 。前期 研究 工作 已 经初步 观察 到纳米 颗粒补 强橡 胶 的拉伸 强度有 类 似的逾渗 现象 ， 工 作将 进 一 步 通 过分 子 模 拟 和 本 红外 等技 术表 征形 成 这 种逾 渗 现 象 的 内在 机理 ，
基 金项 目 ： 家 杰 出 青 年科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ２ ３ ０ 国 ５７５１）
促 进剂 Ｄ ０ ５ 促进 剂 Ｄ ．， Ｍ ０ ５ 炭 黑 Ｎ３ ０ ． ， ３
０ ２ ４ ６ ８ １ ，５ ２ ，Ｏ或 ４ 。 ， ， ， ， ，０ １ ，０ ３ Ｏ 高交 联密 度 配 方 ：Ｂ １０ 氧化 锌 ＳＲ ０， 脂酸 ２ 防 老 剂 ４ １ ＮＡ １ 不 溶 性 硫 黄 ， ００ ， ５ 硬 ， ２ ６ ．，
第３ 期
刘 军 等 ． 胶 纳 米 补 强 中 的逾 渗 机 理 和 界 面相 互 作 用 的研 究 橡
１３ ３
橡 胶 纳 米 补 强 中 的 逾 渗 机 理 和 界 面 相 互 作 用 的研 究
刘 军 王振 华 吴丝竹 卢 咏 来 张 立群 ， ， ， ，
（ ． 京化 工 大 学 北 京 市新 型高 分 子 材 料 制 备 与 成 型 加 工 重 点 实 验 室 ， 京 １ ０ ２ ； ． 京 化 工 大 学 教 育 部 碳 纤 １北 北 ００９２北
中 图分 类 号 ： Ｑ３ ０ ３ １ ＴＱ３ ３ １ Ｔ ３．８ ； ３ ． 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：００８ ０ ２ １ ）３０ ３一８ １ ０ — ９ Ｘ（ ０ １ ０ — １ ３Ｏ
纳 米 补 强 是 橡 胶 科 学 与 工 程 领 域 一 个 十 分 重
１ 实 验 １ １ 主 要 原 材 料 ．
Ｎ７ ５和 Ｎ９ ０ 天津 海豚 炭黑 有 限公 司产 品 。 ６ ９，
１ ２ 配 方 ．
１ ２ １ 炭 黑 品 种 对 炭 黑 填 充 Ｓ Ｒ 影 响 的 试 验 ．． Ｂ 配 方 Ｓ Ｒ １ ０ 氧 化 锌 ５ 硬 脂 酸 ２ 防 老 剂 Ｂ ０， ， ， ４ １ ＮＡ １ 不 溶 性 硫 黄 ００ ，
维 及 功 能 高分 子 重 点 实 验 室 ， 北京 １ ０ ２ ） ０ ０ ９
摘 要 ： 不 同类 型 炭 黑 补 强 Ｓ Ｒ 拉 伸 强 度 的 研 究 表 明 ， 黑 补 强 Ｓ Ｒ 中 存 在 着 类 似 于 橡 胶 增 韧 塑 料 的 逾 渗 现 对 Ｂ 炭 Ｂ
象， 由此 提 出橡 胶 补 强 ｌ 间 距 的新 概 念 ， 讨 论 其 影 响 因 素 。 对 于 炭 黑 补 强 Ｓ Ｒ 体 系 ， 在 的 一 个 最 大 Ｉ 粒 径 临界 并 Ｂ 存 临界 （ 生 粒子 直 径 ） ８ ｍ 左 右 。 提 出 了界 面相 互 作 用 和 最 小 补 强 粒 子 尺 寸等 橡 胶 补 强 设 计 上 的 新 观点 。通 过 计 算 机 原 为 Ｏｎ 模拟， 在分 子 水 平 上 对 橡 胶 和 纳米 颗 粒 问 的界 面 相 互 作 用 进行 了 深入 研 究 ， 果 表 明范 结 氢
用 。 有 关 纳 米 粒 子 补 强 机 理 的 研 究 不 多 ， 有 很 仍
１ ３ 促 进 剂 Ｄ ０ ５ ．， ． ，
促进 剂 Ｄ Ｍ ０ ５ 炭 黑 （ 品 种 ） ０ ２ ４ ６ ８ ．， 变 ，， ，，，
１ ２ ２ 交 联 密 度 对 炭 黑 填 充 Ｓ Ｒ 影 响 的 试 验 ．． Ｂ
围 ） 况下 ， 近 颗 粒 表 面 的 分 子链 仍 然 具 有 一 定 的 活 动 性 ， 界 面处 能 发 生 吸 附 脱 附 的过 程 。从 热 力 学 和 动 力 学 的 情 靠 在 角 度 阐述 了在 颗 粒 的 表 面 不 太 可 能形 成 橡 胶 玻 璃 化 壳 层 。
关 键 词 ： 胶 ； 米 粒 子 ； 渗 ； 强 机 理 ； 面 相 互 作 用 橡 纳 逾 补 界
要 的 问题 ， 已经 有大 量 的纳米 复合材料 设计 、 备 制
和 性 能 方 面 的研 究 报 道 。 大 量 的 研 究 和 工 业 应 用
Ｓ Ｒ， Ｂ 牌号 １ ０ ， ５ ０ 吉林 化 学 工 业 股 份 有 限 公
司 产 品 ； 黑 ， 号 Ｎ１ ０ Ｎ２ ０ Ｎ３ ０ Ｎ５ ０ 炭 牌 １， ２， ３ ， ５ ，
１ １ ， ０， ０或 ４ 。 ０， ５ ２ ３ ０
粒 子可 以使 非 拉 伸 结 晶 性 橡 胶 （ Ｓ Ｒ， Ｒ， 如 Ｂ ＮＢ Ｅ Ｒ 等） Ｐ 的强 度提 高 １ 倍 以上 ， 以使拉 伸 结 晶 ０ 可 性橡 胶 （ ＮＲ， Ｒ等 ） 如 Ｃ 的定伸应 力 与耐 磨性 能 提 高 １ Ｏ倍 以上 ， 而微米 粒子 常常 只有填 充增 容的作
表明， 纳米 粒子 补 强对 于橡 胶 的 高效 补 强 是必 需 的。高级别 细粒 子 的炭黑是 橡胶 工业 最早使 用 的
纳米 补强剂 ， 即使 其 聚 集 体 等效 长 轴 方 向 的长 度 超过 １ ０ｎ 但其 在 另外二 维 的尺度 也 明显小 于 ０ ｍ，
１ ０ｎ 。随 后 被 橡 胶 工 业 大 量 使 用 的 白 炭 黑 则 ０ ｍ 是 一 种 表 面 含 有 活 性 羟 基 的 纳 米 二 氧 化 硅 。纳 米
促进 剂 Ｄ １促 进 剂 Ｄ ， Ｍ １ 炭 黑 Ｎ ３ ０ ２ ， ３０ ，，
作者 简 介 ： 军 （ ９ ４ ） 男 ， 北 荆 州 人 ， 京 化 工 大 学 在 刘 １８ 一 ， 湖 北
配 方
低 交 联 密 度 配 方 ： Ｂ １ ０ 氧 化 锌 ５ 硬 Ｓ Ｒ ０， ， 脂酸 ２ 防 老 剂 ４ １ ＮＡ １ 不 溶 性 硫 黄 ， ００ ， １ ３ ．，
多 问题 未能得 到很 好 的解 释 。前期 研究 工作 已 经初步 观察 到纳米 颗粒补 强橡 胶 的拉伸 强度有 类 似的逾渗 现象 ， 工 作将 进 一 步 通 过分 子 模 拟 和 本 红外 等技 术表 征形 成 这 种逾 渗 现 象 的 内在 机理 ，