聚合物_填料和填料_填料相互作用_省略_硫化胶动态力学性能的影响_续2_王梦蛟

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1、第12期王梦蛟.聚合物-填料和填料-填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响(续2)737聚合物-填料和填料-填料相互作用对填充硫化胶动态力学性能的影响(续2)王梦蛟(CabotCorporation,BillericaTechnicalCenter)中图分类号:TQ330.38文献标识码:A文章编号:1006-8171(2000)12-0737-08(接上期)定。对诸如炭黑粒子等非对称粒子,可根据8填料网络形成的动力学———絮凝Stokes等效半径估计出扩散常数:对于填充胶料,在填料和聚合物间总存在fΔ0=(40)表面能差异

2、,以致即使对填料在聚合物母体中f0Δ分散很均匀的体系,填料聚集体在胶料储存和式中,f和Δ分别为非对称粒子的阻尼因子和硫化过程中也始终有絮凝形成填料网络的趋扩散常数,f0和Δ0则分别为具有相同质量和势。这种现象在胶体体系中通常称为絮凝,而体积的等效球体的阻尼因子和扩散常数。对非在胶料中特指填料网络化,最近Böhm等人在对称粒子,f/f0始终大于1,导致扩散常数较有关通常也被视为填料絮凝量度的Payne效应低,这意味着高非对称性填料的网络化速率较的胶料热处理研究中对此进行了很好的验证。低。在高结构炭黑情况下,在聚集体内部存在他们发现

3、,炭黑最初分散越差,聚合物相对分子的巨大空隙所包容的大量橡胶导致比其相应的质量越小,热处理温度越高,絮凝速率越快。在低结构炭黑更大的等效半径。相同热处理条件下,热处理时间越长,Payne效根据扩散观点可推断,聚合物和填料的下应越大。除了填料聚集体间的吸引势能外,絮述性能对降低絮凝速率,即填料网络化有利:凝过程取决于由布朗运动导致的形成热动态稳·聚合物粘度较高;定附聚体的聚集体扩散。对一给定聚合物-填·填料的聚集体尺寸(或有效聚集体尺寸)料体系,填料聚集体在聚合物母体中的分散特大;性在絮凝动力学中起重要作用。在胶体化学中·填料结构

4、较高。已证实,控制絮凝的主要因素胶体体系的扩散控制填料网络化动力学过程的另一个因素常数Δ与温度T和阻尼因子f有关:是填料聚集体间的平均距离,一个聚集体必须Δ=kT/f(37)扩散这个距离与另一个聚集体接触或结合。粒式中,k为波兹曼常数。阻尼因子取决于介质子间平均距离δa可根据Wang,Wolff和Tan粘度η和填料粒子的尺寸和形状。对一半径提出的下列公式估算:为a的球形粒子,根据Stokes定律,阻尼因子6000-1/3-1/31.43δa=(Kβ-1)β(41)ρSf为式中,S为表面积,ρ为密度,为填料的体积f=6πηa(38

5、)分数,K为取决于聚集体在聚合物中排列的常因此1Δ=kT·(39)6πηa数。对于松散装填,K为0.806;对于最密实装这个公式表示在给定温度下,填料的絮凝填,K为0.906。在随机装填情况下,K为通速率基本上由聚合物的粘度和聚集体的尺寸决常所采用的0.85。在这个公式中,β为扩大因738轮胎工业2000年第20卷数,是填料有效体积分数与实际体积分数之比。性、动态性能、疲劳性能和耐磨性能等硫化胶的这个因数可分别根据Medalia或Kraus公式进物理性能。行计算。在大多数情况下,由Wang,Wolff和Tan根据粉末DBP吸收值

6、和等效球体的随机10填料形态对动态性能的影响装填推导出的公式更适用于这个目的:除了表面特性,在填料其它各种参数中对e0.0181DBP吸收值+1改变填充橡胶动态性能最有效的是填料的形β==(42)1.59态,即粒子尺寸或表面积和结构。这两个参数从公式(41)可明显看出,有关填料聚集体的作用可能涉及不同的机理,故分别加以讨论。间距离,填料用量和表面积是主要控制因素。10.1表面积的影响因为粒子尺寸小的炭黑具有较大的表面积,故已广泛报道过在炭黑用量恒定情况下,在相同用量下这种炭黑的聚集体间距较短。公Payne效应随表面积增大而提高。

7、Payne效应式(42)包括了DBP吸收值的影响,即结构越提高意味着炭黑的小粒子(聚集体)在聚合物母高,距离越短,填料网络化越容易。然而,与表体中附聚的趋势增强。另外也已广泛报道过,面积相比,DBP吸收值对δa的影响要小得多。由tanδ表征的动态滞后随填料表面积增大而提高,如图20所示,这在聚合物处于橡胶态的9减轻填料网络化的途径温度下一般是正确的。专门用填充50份一系如果上述推断是合理的,则有若干途径可列表面积不同(见表1)的炭黑的S-SBR(Du-抑制填料网络化,进而降低胶料滞后。radene715)硫化胶的DSA与tanδ

8、的关系曲线(1)热力学途径进行比较。然而,在橡胶进入转变区的低温下,·通过填料表面改性和/或聚合物改性减tanδ在很大范围应变振幅内随炭黑表面积减小聚合物和填料间的表面特性差异,尤其是表小而提高(见图21)。从中等应变振幅(5%面能。DSA)和10Hz的tanδ