第3章3-应力软化与补强机理

高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering第九节炭黑的补强机理9.1应力软化效应9.2炭黑的补强机理高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering9.1应力软化效应1.应力软化效应：也称为Mullins效应。实际上，Payne效应是应力软化现象的一个反映。高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering应力软化的表示%100121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。高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering2.应力软化效应的影响因素应力软化效应代表一种粘性的损耗因素，凡是影响粘弹行为的因素对它均有影响。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2．填料品种的影响3．炭黑品种的影响高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering1）填充的影响对于SBR类的非自补强性橡胶来说，未填充胶几乎没有软化效应，填充胶比未填充胶的软化效应高得多。如未填充的SBR-1500的硫黄硫化体系硫化胶软化效应为7.7%，而相应填充体积分数为0.2的沉淀白炭黑的为45.0%，HAF的则为59.2%。高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering2）填料品种的影响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，无机填料应力软化效应较低。如用SBR-1500，填充体积分数为0.2，硫黄硫化体系的HAF、VN3白炭黑和轻质CaCO3硫化胶的应力软化效应见右图。高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering3.应力软化的恢复因为炭黑的吸附是动态的，应力软化有恢复性。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。剩下的不能恢复的部分称为永久性应力软化作用。在室温下停放几天，损失的应力恢复很少，而在100℃×24h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，再把溶剂挥发干，其应力恢复得更多。高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering9.2炭黑的补强机理容积效应（形变放大效应）弱键和强键学说（除弱剩强）橡胶链有限伸长学说（短链断裂或脱离）双壳层模型理论橡胶大分子链滑动学说高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering双壳层模型理论图中A相为自由大分子，B相为交联结构，C相为双壳层。C相起骨架作用联结A相和B相，构成一个橡胶大分子与填料整体网络，改变了硫化胶的结构，提高了硫化胶的物理机械性能。高分子科学与工程学院CollegeofPolymerScienceandEngineering链滑动，缓解应力集中是补强的第一重要因素；链滑动，橡胶链高度取向是补强的第二个因素；链滑动，摩擦消耗外力功，是补强的第三因素。橡胶大分子链滑动学说