天然橡胶的炭黑增强及其断裂特性的相关理论研究.pdf

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1、天然橡胶的炭黑增强及其断裂特性的相关理论研究陈毛喜(镇江同立橡胶有限公司江苏镇江212000)摘要：本文结合笔者工作实际，对天然橡胶的炭黑增强及其入的或本身存在于固体上的裂缝发展产生的。断裂特性的相关理论进行研究。在橡胶加工的工艺过程中，其流变性质主要是橡胶的粘度、关键词：天然橡胶;炭黑增强;断裂特性;相关理论弹性记忆和断裂过程中的力学特性，简称为断裂特性。从橡胶材料的本质来讲，加工性能的变化，主要是由于胶料的相对分子质一、天然橡胶量、相对分子质量分布和长支链支化作用的结果。到目前为止，人天然橡胶，顾名思义，是一种

2、来自大自然的橡胶材料。全球约们对橡胶的断裂特性的研究主要集中在炼胶这一工艺过程中。有2000种树木类，灌木类和藤类植物能够产出天然橡胶胶乳。这在炼胶加工过程中，胶料发生着大形变和小形变，因此，其些植物大部分生长于热带和温带地区。巴西三叶橡胶树所产的胶形变并非平缓和稳定，而是有屈服流动与破裂，在加工条件下的乳是天然橡胶工业最主要的原料来源。这种橡胶树原本生长于南形变，还常常超过其断裂极限。橡胶胶料的许多基本流变特性并美洲，但是现在，其胶乳主要产自亚洲。不能说明生橡胶的断裂特性，于是就采用了"干酪状"和"橡胶天然橡胶大

3、分子的主要成分是顺式聚异戊二烯，它的分子量状"等术语来描述其断裂特征。根据经验可知，"干酪状"或"很高。研究表明，天然橡胶大分子的数均分子量Mn约为140×破棉絮状"的胶料难以进行塑炼和混炼，炭黑补强-填充剂不易103，其重均分子量Mw约为520×103，分子量分布指数分散。有的观点认为，加工性能好的橡胶，应是塑性和弹性适当结Mn/Mw为3.71。[3]合的胶料。虽然人们对硫化胶进行过不少的断裂分析，但却很少天然橡胶高分子分子链结构规整，它既可以在低温且未拉伸有人去对生橡胶进行断裂分析。在外国，托基塔（ToKita

4、)等人则的情况下结晶，也可以在拉伸下结晶。这种性质使得天然橡胶在对生橡胶的断裂过程从力学角度作了非常重要的研究，并把断裂未添加增强剂的情况下就拥有较高的强度，即较好的自补强性。特性与生橡胶的加工性能和分子结构特征联系起来。简而言之，由于天然橡胶的高强度、高回弹性、低疲劳热、良好的力学性生橡胶的断裂特性主要是扯断伸长率、弹性和塑性。橡胶在工业能和优异的加工性能，使得它成为用途最广泛的弹性体材料。天应用中，以测定生橡胶的拉伸强度和扯断伸长率这两个力学参数然橡胶被广泛应用于轮胎、橡胶履带、橡胶护舷、皮带、软管、鞋来表征其

5、断裂过程。具、工程用品等领域。橡胶的断裂特性与其分子结构有着如下的关系：相对分子质虽然目前种类繁多的合成橡胶已经大规模生产和应用，如丁量分布宽，其加工工艺性就好；如果相对分子质量分布窄，那么，苯橡胶、顺丁橡胶等，但是，由于天然橡胶优异的性能，其仍然是随着相对分子质量的增大，弹性就增高。这对橡胶来说就显得干需求量最大的橡胶。每年在全世界天然橡胶的消耗量约900万吨涩，没有粘性，会在炼胶机辊距处被压成碎片和碎碴，很难加工；以上，随着天然橡胶的应用越来越广泛，其供应量远远不足。因分子链支化程度增加，则弹性增大，加工困难。

6、可以说，橡胶的相此，对于天然橡胶性能的研究将有助于推动其应用，并研发新品对分子质量、相对分子质量分布和分子链支化程度是生橡胶断裂种高性能橡胶。特性的主要影响因素，而断裂特性则是影响炼胶加工工艺性能的二、炭黑增强机理主要因素。根据能量守恒定律，Griffith提出了断裂过程的能量判据，即橡胶材料在应用时，一般会加入填充剂来提高强度、耐磨性在断裂过程中所提供的能量与断裂过程中所消耗的能量相等。和模量。补强用的填充剂一般包括炭黑、白炭黑、硅酸盐、无机填Thomas和Rivlin将能量判据应用到了弹性体上。对于只有一个料等

7、。其中应用最广泛的是炭黑。初始边缘裂缝的橡胶样品，可以导出方程炭黑的形态由三级结构构成。第一级结构是最小的单个颗———拉伸强度（发生断裂时的应力），G———断裂能，E———杨粒，可以称为初级颗粒或结节；第二级结构是由初级颗粒熔结成氏模量，k———随应变缓慢变化的常量，c———初始裂缝长度。的集合体，这些集合体不会在橡胶加工过程中被毁坏；第三级结方程仅适用于只存在一条裂缝的样品，不适用于多条裂缝生构是在生产中所产生的由集合体组成的团块，这些团块在橡胶加长的样品。根据方程，对于只有一个初始边缘裂缝的样品，在单向工过程中

8、会被毁坏。炭黑的补强性能决定于以下四个因素：初级拉伸下，拉伸强度正比于c-1/2。但是，对于在拉伸状态下能够结颗粒的尺寸、比表面积、结构表面活性。首先，炭黑初级颗粒尺寸晶的天然橡胶样品，却并不遵循这一关系。Thomas和Whittle研越小，则其比表面积越大，使得橡胶与炭黑有更多的接触。另一个究了天然橡胶样品在单向拉伸下，拉伸强度与初始裂缝长度c的影响增强效