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1、670轮胎工业2000年第20卷填充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1)王梦蛟(CabotCorporation,BillericaTechnicalCenter)中图分类号:TQ330.38文献标识码:A文章编号:10068171(2000)11067008(接上期)5填料用量对动态性能与应变关系的影响51弹性模量与应变振幅的关系在70,10Hz下测得的弹性模量与DSA的对数的关系曲线示于图8。硫化胶配方与图4所示的相同。可以看到,尽管在DSA
2、试验范围内未填充胶料的模量随应变振幅增大变化不大,但是填充胶料的模量却呈典型的非线性下降,通常称之为Payne效应。这种效应随填料用量增大呈指数倍提高。另一方面,因为所有硫化胶在高应变振幅下的模量相近,故也可观察到在低应变振幅下模量随填料用量增大呈图8在70和10Hz下炭黑N234用量不同的指数倍提高。Payne效应如果不是仅仅,那也SSBR胶料G与应变的关系是主要与在聚合物母体内形成的填料网络有关注同图4的观点已得到普遍认可。如前所述,包覆在填料网络内的橡胶至少部分死掉,就应力应变性能而言已失去其作为弹性体的特征而起填料的作用。因此,填料的有效体积会因填料网络
3、化而大幅度提高,进而提高主要由填料用量控制的模量。通过提高应变振幅而打破填料网络会释放包覆橡胶,以致降低有效填料体积分数,进而降低模量。这个机理意味着Payne效应可作为起因于填料填料相互作用及聚合物填料相互作用的填料网络化的量度。在0下所测的结果(见图9)中得到相同的结论是显而易见图9在0和10Hz下炭黑N234用量不同的,但是由于填料填料和填料聚合物相互作的SSBR胶料G与应变的关系用与温度的依赖关系,高、低应变下的模量差异注同图470和0下与应变的关系分别示于图10和要大得多。52粘性模量与应变振幅的关系11。很明显,不管应变振幅如何,在橡胶中加入加
4、炭黑和不加炭黑的硫化胶的粘性模量在炭黑会大幅度提高材料的粘性模量。正如对第11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1)671mG所观察到的,这种效应也与填料用量成指数C0(E0-E)E=E+2m(13)1+(0/c)增大关系,并且因为在聚合物母体中加入不应m变(或固体)粒子会产生高粘度胶料,故这种效和E=E+Cc(E0-E)(14)应也主要归因于流体动力学效应。另外也很明式中,m,C和C为常数;E0和E为低、高应显,与填充橡胶的G随应变增大单调下降不变振幅下E的平均值;E
5、为填料网络(附聚同,G在中等应变振幅(对本特定胶料和试验体)全部打破后的E;0为应变振幅。c为特条件,在70和0下的DSA分别为2%~5%征应变,由下式计算:和3%~6%)下出现最大值。通过最大值后,km0.5mc=()(15)kbG随应变振幅增大而迅速下降。填充胶料与应变的这种关系仅用流体动力学效应不能解式中,kb为附聚体相互接触的打破速率常数;释,因为未填充胶料的G值尽管低,实际却在km为重聚的速率常数。很明显,损耗模量取决大范围应变振幅内与应变关系不大。于与应变振幅有关的网络的打破和重建速率。填料网络的打破随应变振幅增大而加快,这种结构重建的减弱会比破坏快。
6、一旦应变振幅达到足够高,填料网络会被破坏到在动态应变时间范围(频率)内不能重建的程度,此时填料网络对G的影响将消失。同样,如果填料网络强度足够大且应变(或应力)足够小,填料网络就不能被破坏,G则主要取决于填料的流体动力学效应,以致可排除与应变的依赖关系(见图10和11)。然而在这种情况下,填料的有效体积分数,进而导致G的绝对值会由于流体动力图10在70和10Hz下炭黑N234用量不同学效应而增大。的SSBR胶料G与应变的关系53损耗因子与应变振幅的关系注同图4损耗因子根据其定义取决于粘、弹性模量。弹性模量代表与应变同相的动态应力,是返还系统的能量的量度,而粘性模
7、量滞后90,与损耗能量分量有关。因此在给定输入功的情况下,tan是转化成热量的功(或胶料吸收的功)与返还系统的功的比值。除了流体动力学效应外,填料对G和G的影响涉及不同的机理和不同的应变依赖关系,两者对tan都有影响。G主要与在动态应变过程中减弱的填料网络有关,G与这些结构的打破和重建有关。因此,控制tan的主导因素应是与填料有关的结构图11在0和10Hz下炭黑N234用量不同的SSBR胶料G与应变的关系的状态,更确切地说,是在动态应变过程中能被注同图4打
