第3章3应力软化与补强机理

1、高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering第九节第九节 炭黑的补强机理炭黑的补强机理9.1 应力软化效应应力软化效应9.2 炭黑的补强机理炭黑的补强机理高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering9.1 应力软化效应应力软化效应n1. 应力软化效应应力软化效应：也称：也称为为Mullins效应效应 。n实际上，实际上，Payne效应效应是是应力软化现象的一个反应力软化现象的一个反映。映。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 C

2、ollege of Polymer Science and Engineering应力软化的表示应力软化的表示%100121wwwwW1: 第一次拉伸至给定应变所需的应变能；第一次拉伸至给定应变所需的应变能；W2: 第二次拉伸至同样应变所需的应变能。第二次拉伸至同样应变所需的应变能。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering2. 应力软化效应的影响因素应力软化效应的影响因素n应力软化效应代表一种应力软化效应代表一种粘性的损耗因素粘性的损耗因素，凡是影，凡是影响粘弹行为的因素对它均有影响。响粘弹行为的因素对它均有

3、影响。n填料及其性质对应力软化效应有决定性作用。填料及其性质对应力软化效应有决定性作用。 1填充的影响填充的影响 2填料品种的影响填料品种的影响 3炭黑品种的影响炭黑品种的影响高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering1）填充的影响）填充的影响n对于对于SBR类的类的非自补强性橡胶非自补强性橡胶来说，来说，未填充未填充胶几乎没有软化胶几乎没有软化效应，填充胶比未填充胶的效应，填充胶比未填充胶的软化效应高得多。软化效应高得多。n如如未填充未填充的的SBR-1500的硫黄硫化体系硫化胶的硫黄硫化体系硫化胶软化效应为

4、软化效应为7.7%，而相应填充体积分数为，而相应填充体积分数为0.2的沉淀白炭黑的为的沉淀白炭黑的为45.0%，HAF的则为的则为59.2%。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering2）填料品种的影响）填料品种的影响n补强性高的填料软化效应高补强性高的填料软化效应高。炭黑具有比较高的应力软化效应，。炭黑具有比较高的应力软化效应，无机填料应力软化效应较低。无机填料应力软化效应较低。n如用如用SBR-1500，填充体积，填充体积分数为分数为0.2，硫黄硫化体系，硫黄硫化体系的的HAF、VN3白炭黑和轻质白炭黑和轻

5、质CaCO3硫化胶的应力软化效硫化胶的应力软化效应见右图。应见右图。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering3. 应力软化的恢复应力软化的恢复 n因为炭黑的吸附是动态的，因为炭黑的吸附是动态的，应力软化有恢复性应力软化有恢复性。n在恢复条件下，橡胶大分子会在炭黑表面重新分在恢复条件下，橡胶大分子会在炭黑表面重新分布，断的分子链可被新链代替。剩下的不能恢复布，断的分子链可被新链代替。剩下的不能恢复的部分称为永久性应力软化作用。的部分称为永久性应力软化作用。n在室温下停放几天，损失的应力恢复很少，而在在室温下停放

6、几天，损失的应力恢复很少，而在10024h真空中能恢复大部分损失的应力。在真空中能恢复大部分损失的应力。在良溶剂中（如二甲苯）达到最大溶胀，再把溶剂良溶剂中（如二甲苯）达到最大溶胀，再把溶剂挥发干，其应力恢复得更多。挥发干，其应力恢复得更多。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering9.2 炭黑的补强机理炭黑的补强机理n容积效应（形变放大效应）容积效应（形变放大效应）n弱键和强键学说（除弱剩强）弱键和强键学说（除弱剩强）n橡胶链有限伸长学说（短链断裂或脱离）橡胶链有限伸长学说（短链断裂或脱离）n双壳层模型理论双

7、壳层模型理论n橡胶大分子链滑动学说橡胶大分子链滑动学说高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering双壳层模型理论双壳层模型理论 n 图中图中A相为自由大分子，相为自由大分子，n B相为交联结构，相为交联结构，n C相为双壳层。相为双壳层。nC相起骨架作用联结相起骨架作用联结A相和相和B相，相，构成一个橡胶大分子与填料整构成一个橡胶大分子与填料整体网络，体网络，改变了硫化胶的结构，改变了硫化胶的结构，提高了硫化胶的物理机械性能。提高了硫化胶的物理机械性能。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineeringn链滑动，链滑动，缓解应力集中缓解应力集中是补强的第一是补强的第一重要