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1、轮 胎 工 业 5321999年第19卷黑白填料与轮胎胶料DonnetJB著 许炳才摘译 涂学忠校 摘要 对填料在胶料中作用的研究进行了评述与讨论。介绍了本实验室尚未正式发表的结果,特别提到了利用原子力显微镜与扫描探针显微镜对白炭黑的观测情况以及新近利用透射电子显微镜对炉法炭黑的初始与生长过程的观测结果。MotteCh通过实验发现,硫化前在橡胶基液体,会导致粘度增大;如果该流体是橡胶,则质中加入填料会引起轮胎胶料力学与动态性能会引起模量增大,这一点是毫无疑问的。的改变。这个现象的
2、发现对现代轮胎技术来说Einstein在1906年首先提出了对牛顿流是至关重要的,尽管在这方面已做了大量的研体里粘度增大的纯理论解释,假设填料完全被究工作,但尚未能得出一个完全令人满意的结无限稀释分散,即每一个粒子的行为是独立的论。这里先简要地对此进行分析然后对两种在(没有相互作用),而且假设它是被液体完全浸轮胎生产上最重要的填料(即炭黑与白炭黑)进润的刚性的完美球体,则粘度增大满足公式行评述。(1):η=η0(1+215<)(1)1 补强式中<是体积分数,η与η0分别是纯液体与悬过去10年中已发表了很多评
3、述性文章,这浮液的粘度。些文章详述了补强机理。但由于Payne的基础据此类推,马上可以写出应用于含填料橡性工作,对胶料中加入填料能增强力学性能这胶的弹性模量的公式(2)[Guth2Gold公式适用一令人困惑问题众说纷纭的状况才基本得到澄于与公式(1)粒子刚性、浸润程长及稀释度条件清。我们现在已经能够有把握地采纳如图1所相同且在非常低剪切应力作用下的流体]:概括的“叠加效应”这一概念。加入填料能补强E=E0(1+215<)(2)硫化橡胶的力学性能,首先是因为流体动力学需要考虑的是实际剂量下,特别是胶料中效应,
4、其次是各种相互作用(包括橡胶与填料粒使用的填料剂量(用量达到50份,有时甚至更子表面以及填料粒子表面之间的相互作用)的高)下分散粒子的相互作用。还需考虑粒子形影响。状因素的影响,通常粒子是偏离完美球形的。GuthE推出公式(3)如下:2E=E0(1+215<+1411<)(3)考虑这些重要偏差的经验方法是提出一个2与<成正比的因数来反应剂量的相互作用效应,且用一个形状因子代替Einstein公式中的215。它可以用公式(4)表示:22E=E0(1+0167f<+1162f<)(4)该式可以用来描述直到填料体
5、积分数相当大(<=012)的胶料的模量。1972年Eirich的工作对此进行了实验验证(见图2),其它有关的工作包括我们和最近图1Payne补强概念WolffS与DonnetJB以及WolffS与王梦蛟111 流体动力学效应(WangMJ)的系统性工作。将固体颗粒分散到流体中,如果该流体是 所有已发表的结果表明:当填料剂量在通第9期 许炳才摘译1黑白填料与轮胎胶料 533常范围内时,不加经验因数,理论公式不能完整地预测模量的值。当外加应力时,始终存
6、在的“流变效应”确实能释放掉一部分能量。这虽然不应该被忽略,但是肯定还有其它的重要效应。112 相互作用如表1所示,上述的“其它”效应主要归结为相互作用,不管这发生在橡胶链之间,还是在橡胶链与填料粒子之间以及填料粒子之间。过去20年探讨补强的文献特别多,对其作出全面评述是不可能的。我们在表1中列出了一些重要作者的名字。可以这样说,在此领域相当数量的实验工作已经对问题有所澄清。 轮胎在使用时大多受到低频区(10～50图2 填充胶料的相对弹性模量增大与理论值Hz)的动态应力,只是与路面接触的外胎表面表1 填料
7、在橡胶中的补强理论的提出者补强理论理论提出者流体动力学效应SmallwoodWM;Guth2GoldE;BurgersKAandScottCE;MedaliaA;WolffS与橡胶链有关的力学效应MullinsLandTobinNR;BlanchardA;ParkinsonD;BuecheF粒子之间(网络)的表面相互作用PayneAR;GerspacherM;WangMJ粒子与橡胶链的表面相互作用BlanchardA;AlexandrovAPandLazurkinJS;FujiwaraandFujimoto
8、K;GesslerA;DannenbergEM;FreundB;GronskiW;McBriertyVS;DonnetJB;WangMJ;WolffS;LeblancFL;GoritzD¨受到高频(1～10MHz)动态变形,这一点还没Goritz¨等最近的工作提出了一个概念,它有人探讨过。低频动态应力可看作中高温变与Bueche及Blanchard的概念相差不大。形,而高频应力可视为低温动态变形。Goritz假设
