橡胶补强体系

1、橡胶的补强体系橡胶的补强体系Reinforcing System一、补强与填充的概念一、补强与填充的概念第一节第一节 概述概述reinforcementfilling二、填料（二、填料（filler）分类）分类 补强剂补强剂炭黑（炭黑（carbon black）白炭黑（白炭黑（silica）短纤维（短纤维（short fiber)有机树脂（有机树脂（organic resin）无机纳米材料（无机纳米材料（nano-filler）按作用分类按作用分类 填充剂填充剂陶土（陶土（clay）碳酸钙碳酸钙（calcium carbonate）滑石粉滑石粉（talcum powder）硅铝炭黑硅铝炭黑（s

2、ilica-alumina carbon black）高岭土（高岭土（kaolin） reinforcing agentfilling agent有机填料有机填料炭黑、短纤维、木质素、炭黑、短纤维、木质素、果壳粉、胶粉等果壳粉、胶粉等按性质分类按性质分类无机填料无机填料白炭黑、陶土、碳酸钙、高白炭黑、陶土、碳酸钙、高岭土、硅铝炭黑等岭土、硅铝炭黑等纤维状纤维状短纤维、石棉、碳纤维短纤维、石棉、碳纤维颗粒状颗粒状炭黑、白炭黑、无机填料炭黑、白炭黑、无机填料按形态分类按形态分类一、炭黑（一、炭黑（carbon black）的定义）的定义第二节第二节 炭黑炭黑炭黑粒子的炭黑粒子的SEMSEM照片照片

3、二、炭黑的结构度二、炭黑的结构度(structural degree) 1炭黑的微观结构炭黑微晶结构炭黑微晶结构炭黑原生粒子结构示意图炭黑原生粒子结构示意图（同心取向准石墨结构）（同心取向准石墨结构）（一）炭黑的结构（一）炭黑的结构即炭黑聚集体（aggregate），又称为基本聚熔体或原生结构，它是炭黑的最小结构单元。形状类似葡萄串。 这种结构在橡胶的混炼及加工过程中，除小部分外，大部分被保留，所以可视其为在橡胶中最小的分散单位，所以又称为炭黑的稳定结构。2 2、炭黑的一次结构、炭黑的一次结构炭黑聚集体（一次结构）示意图炭黑聚集体（一次结构）示意图炭黑的二次结构又称为附聚体、凝聚体或次生结构，

4、它是炭黑聚集体间以范德华力相互聚集形成的空间网状结构，这种结构不太牢固，在与橡胶混炼时易被碾压粉碎成为聚集体。3 3、炭黑的二次结构、炭黑的二次结构炭黑附聚体示意图炭黑附聚体示意图炭黑表面上有自由基、氢、羟基、羧基、内酯基、醌基，见下图。这些基团估计主要在层面的边缘。2、炭黑的表面基团、炭黑的表面基团(surface active group) 炭黑粒径小，表面活性大，结构度高，拉伸强度高；随炭黑用量增大，拉伸强度先增后降。1 1、对拉伸强度的影响、对拉伸强度的影响 炭黑对硫化胶性能的影响2 2、对撕裂强度的影响 炭黑的粒径小，撕裂强度高；粒径相同时，对结晶性橡胶，结构度低的炭黑，撕裂强度高；

5、对非结晶性橡胶，结构度高的炭黑，撕裂强度高；随炭黑用量增大，撕裂强度先增后降。3 3、对定伸应力和硬度的影响 炭黑粒径小，结构度高，表面活性大，用量大，胶料的定伸应力和硬度高，其中以结构度影响最大。 炭黑对胶料定伸应力和硬度的影响要比胶种、硫化体系大得多。胶料的硬度随炭黑用量的变化： FEF、HAF、EPC 纯胶硬度+1/2炭黑份数 ISAF 纯胶硬度+1/2 炭黑份数+2 SRF 纯胶硬度+1/3 炭黑份数 FT、MT 纯胶硬度+1/4 炭黑份数4、对耐磨性的影响 粒径小、结构度高、表面活性大，用量大，胶料的拉断伸长率低。其中炭黑用量、粒径、结构度影响较大。 炭黑炭黑粒径小，表面活性大，分散

6、性好粒径小，表面活性大，分散性好，胶料，胶料耐磨性好耐磨性好； 结构度对耐磨性影响较复杂，说法不一。结构度对耐磨性影响较复杂，说法不一。 炭黑的炭黑的用量用量对胶料耐磨性对胶料耐磨性存在一最佳用量存在一最佳用量。5、对弹性的影响对弹性的影响 粒径小、结构度高、表面活性大，用量大，胶料的弹性粒径小、结构度高、表面活性大，用量大，胶料的弹性差。其中炭黑用量影响最大。差。其中炭黑用量影响最大。6、对拉断伸长率的影响对拉断伸长率的影响7、对热性能的影响炭黑粒径小，表面活性高，用量大，胶料的耐油性变好。 炭黑对炭黑对胶料耐热性影响不是很大胶料耐热性影响不是很大，随炭黑用量增多，耐，随炭黑用量增多，耐热性

7、稍有提高。热性稍有提高。 炭黑炭黑粒径小，表面活性高，用量大粒径小，表面活性高，用量大，胶料的，胶料的耐寒性变差耐寒性变差。 炭黑炭黑粒径小，结构度高，用量大粒径小，结构度高，用量大，胶料，胶料导热系数增大导热系数增大，传，传热加快。热加快。8、对耐油性的影响对耐油性的影响1、白炭黑的粒径、白炭黑的粒径气相法白炭黑粒径气相法白炭黑粒径8 817nm17nm，比表面积，比表面积190m2/g沉淀法白炭黑粒径沉淀法白炭黑粒径171728nm28nm，比表面积，比表面积7070190190m2/g指白炭黑原生粒子平均直径，一般用比表面积反映。指白炭黑原生粒子平均直径，一般用比表面积反映。 白炭黑的粒

8、径小，比表面积大是其对橡胶产生补强作用的主白炭黑的粒径小，比表面积大是其对橡胶产生补强作用的主要原因。要原因。第三节 白炭黑对橡胶的补强2、白炭黑的结构、白炭黑的结构微观结构微观结构：球形原生粒子。：球形原生粒子。 气相法白炭黑内部结构为排列紧密的三维网状结构硅酸；气相法白炭黑内部结构为排列紧密的三维网状结构硅酸； 沉淀法白炭黑的结构为二维、三维结构的硅酸。沉淀法白炭黑的结构为二维、三维结构的硅酸。一次结构一次结构：聚集体结构（多个原生粒子聚集在一起）：聚集体结构（多个原生粒子聚集在一起）二次结构二次结构：由聚集体通过氢键吸附在一起的附聚体。：由聚集体通过氢键吸附在一起的附聚体。微观结构微观结

9、构一次结构一次结构二次结构二次结构结构度：白炭黑聚集体表面链枝状结构的发达程度，即链枝结构度：白炭黑聚集体表面链枝状结构的发达程度，即链枝 间的空隙体积。间的空隙体积。结构度的测定方法：结构度的测定方法：DBP吸油值法吸油值法气相法白炭黑气相法白炭黑DBP吸油值吸油值1.60ml/g以上；以上；沉淀法白炭黑沉淀法白炭黑DBP吸油值吸油值1.52ml/g以上。以上。白炭黑的结构度均比较高，属于高结构。白炭黑的结构度均比较高，属于高结构。3、表面基团白炭黑表面基团模型图白炭黑表面基团模型图 四、白炭黑对硫化胶性能的影响 白炭黑对硅橡胶的补强效果尤为突出，可使拉伸强度提白炭黑对硅橡胶的补强效果尤为突

10、出，可使拉伸强度提高高40倍，撕裂强度提高倍，撕裂强度提高20倍。倍。 单用白炭黑，对橡胶补强效果差，远不及炭黑，拉伸强单用白炭黑，对橡胶补强效果差，远不及炭黑，拉伸强度、撕裂强度低，耐磨性差、生热大。度、撕裂强度低，耐磨性差、生热大。 与偶联剂同时使用时，补强效果与高耐磨炭黑相当，拉与偶联剂同时使用时，补强效果与高耐磨炭黑相当，拉伸强度高，尤其是撕裂强度明显高于炭黑胶料；伸长率大，伸强度高，尤其是撕裂强度明显高于炭黑胶料；伸长率大，绝缘性好、绝缘性好、生热低、滚动阻力小生热低、滚动阻力小。添加入轮胎后，可。添加入轮胎后，可降低轮胎降低轮胎约约20%的滚动阻力的滚动阻力，节油，节油5%-7%，并提高湿牵引能力。但由，并提高湿牵引能力。但由于其在胶料中分散性不好，导致硫化胶于其在胶料中分散性不好，导致硫化胶耐磨性稍差。高分散白耐磨性稍差。高分散白炭黑可提高硫化胶耐磨性。炭黑可提高硫化胶耐磨性。第四节