【正文】 5. 改性后橡膠的物理機械性能明顯得到提高，橡膠中填料之間的相互作用減弱，橡膠的“Payne效應(yīng)”減弱。3. 通過氧化鎂與二氧化鈦補強順丁橡膠在物理機械性能上的對比，可以看出氧化鎂的補強效果比二氧化鈦的好。在粒徑為50nm時，在粒徑為20nm時。當(dāng)填料粒徑為20nm和50nm時，橡膠復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的儲能模量G′，當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，儲能模量G′急劇下降，即出現(xiàn)明顯的“Payne效應(yīng)”；同時橡膠復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的損耗模量，當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，損耗模量急劇下降。1. 隨著二氧化鈦粒徑的減小，橡膠復(fù)合材料的物理機械性能明顯提高。因此，改性后填料網(wǎng)絡(luò)變?nèi)酢?氧化鎂改性前后對BR動態(tài)力學(xué)性能的影響圖311 MgO改性前后BR的損耗因子tanδ與頻率的關(guān)系Figure 311 Relationship of tanδ with frequency of BR filled with non modified and modified MgO由圖311可以看出，改性后橡膠的損耗因子tanδ遠遠大于未改性橡膠的損耗因子，這是因為改性后，氧化鎂填料與橡膠分子產(chǎn)生了較強的相互作用，使橡膠分子鏈的運動受到限制，隨著頻率的增加，橡膠分子產(chǎn)生的滯后越來越大，因此損耗增大。改性后正硫化時間tc90和焦燒時間tc10大大縮短，這可能是因為改性劑與填料表面基團產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，降低填料的表面能，使填料分散性增加，釋放一部分填料包覆的促進劑。 氧化鎂改性前后對BR物理機械性能的影響表37 氧化鎂改性前后對BR硫化特性的影響Table 37 Effect of non modified and modified MgO on curing characteristics of BR 試樣名稱測試溫度℃MH ML tc10m:stc90m:sMHML改性前160 10:17 17:37 改性后160 6:19 10:53 從表37可以看出，改性后ML下降，這說明改性后填料之間的相互作用減弱。表36 改性劑的用量對BR物理機械的影響Table 36 Effect of modifier amount on mechanical properties of BR 試樣名稱拉伸強度 MPa扯斷伸長率 %100%定伸應(yīng)力 MPa200%定伸應(yīng)力MPa300%定伸應(yīng)力 MPa撕裂強度 KN/m 硬度 邵爾A10%60614387%588415%655403%65743從表37可以看出，隨著改性劑用量的減少，橡膠的拉伸強度和定伸應(yīng)力呈增大趨勢，拉伸強度、定伸應(yīng)力、撕裂強度和硬度在改性劑用量為填料的3%時最大。 對100nm氧化鎂進行原位改性 改性劑的用量對BR物理機械性能的影響表35 改性劑的用量對BR硫化特性的影響Table 35 Effect of modifier amount on curing characteristics of BR 改性劑Si75用量測試溫度℃MH ML tc10m:stc90m:sMHML10%160 4:3 12:53 7%160 5:08 11:19 5%160 5:26 10:47 3%160 6:19 10:53 從表35可以看出，隨著改性劑用量的減少，正硫化時間tc90逐漸縮短，焦燒時間tc10逐漸變長，ML值逐漸下降，MH值逐漸增加，MHML值逐漸增加，這說明了改性用量為填料的3%時，改性效果是最好的。當(dāng)填料為微米級時，材料的損耗模量隨著應(yīng)變的增加呈現(xiàn)下降趨勢，但是下降幅度較小。同時，由圖39可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變達到100%時，填料網(wǎng)絡(luò)只是出現(xiàn)了一定程度破壞，并沒有完全破壞，填料網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)破壞的應(yīng)變與圖310中損耗模量開始迅速增加的應(yīng)變相吻合。由圖310可以看出，在低應(yīng)變下，當(dāng)填料粒徑為20nm和50nm時，材料損耗模量比未加填料順丁橡膠的損耗模量還要低，應(yīng)變達到一定值時，隨著應(yīng)變的增加，材料的損耗模量反而迅速增加。在低應(yīng)變下，填充微米級填料時，橡膠復(fù)合材料的儲能模量相對較低，且變化不大。圖39 MgO/BR橡膠復(fù)合材料儲能模量G＇與應(yīng)變的關(guān)系Figure 39 Relationship of storage modulus (G＇)with strain of MgO/BR posites圖310 MgO/BR橡膠復(fù)合材料損耗模量G＂與應(yīng)變的關(guān)系Figure 310 Relationship of loss modulus (G＂)with strain of MgO/BR posites由圖39可以看出，填料的加入提高了材料的儲能模量；在低應(yīng)變下，填充粒徑為20nm和50nm的填料時，橡膠復(fù)合材料表現(xiàn)較高的儲能模量G′，當(dāng)應(yīng)變增加到一定值時，橡膠復(fù)合材料模量出現(xiàn)急劇下降趨勢，此現(xiàn)象被稱為“Payne效應(yīng)”。在低頻區(qū)，不加填料的順丁橡膠損耗因子tanδ值與填充微米級填料的橡膠復(fù)合材料tanδ值相差很小，在高頻區(qū)，不加填料的順丁橡膠損耗因子tanδ值大于填充微米級填料的橡膠復(fù)合材料tanδ值。而微米級填料比表面積較小，與橡膠之間的相互作用較弱，橡膠的自由體積較大，橡膠分子運動相對比較容易，因此填充微米級填料橡膠的損耗因子較小。隨著填料的粒徑增加，復(fù)合材料的損耗因子tanδ值呈現(xiàn)降低的趨勢，當(dāng)填料粒徑為20nm和50nm時，復(fù)合材料的損耗因子tanδ值遠遠大于填充微米級填料的tanδ值，并且隨頻率的增加損耗因子tanδ值線性增加幅度也較大。 MgO/BR橡膠復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)性能圖38 MgO/BR橡膠復(fù)合材料損耗因子tanδ與頻率的關(guān)系Figure 38 Relationship of tanδ with frequency of MgO /BR posites從圖38可以看出，MgO/BR橡膠復(fù)合材料的損耗因子tanδ隨著頻率的增加而呈線性增加。這是因為橡膠的撕裂一般是沿著分子鏈數(shù)目最小即阻力最小的途徑發(fā)展，納米級填料可以有效阻止裂紋的擴展，起到提高撕裂強度的作用。橡膠的扯斷伸長率跟填料粒徑?jīng)]明顯的對應(yīng)關(guān)系。表34 MgO/BR橡膠復(fù)合材料的物理機械性能Table 34 Mechanical properties of MgO/BR posites MgO試樣名稱拉伸強度 MPa扯斷伸長率 %100%定伸應(yīng)力 MPa200%定伸應(yīng)力MPa300%定伸應(yīng)力 MPa撕裂強度 KN/m 硬度 邵爾A純膠3484620nm9094950nm89349100nm88648902452um964435um9924510um64048圖36 不同粒徑氧化鎂對MgO/BR橡膠復(fù)合材料的拉伸強度影響Figure 36 The effect of different particle size of MgO on tensile strength of MgO/BR posites圖37 不同粒徑氧化鎂對MgO/BR橡膠復(fù)合材料的撕裂強度影響Figure 37 The effect of different particle size of MgO on tear strength of MgO/BR posites由表34可以看出，對于納米級的填料甚至提高到8倍；填料的加入也使橡膠的扯斷伸長率和撕裂強度得到一定的提高；填料的加入對橡膠的定伸應(yīng)力和硬度變化規(guī)律不是很明顯。因此納米填料與橡膠的相互作用相對較強。這是因為填料粒徑較小時，比表面積較大，填料表面活性基團較多，這些表面活性基團之間的易形成較強的相互作用比如形成氫鍵、分子間作用力等。填料的粒徑為100nm時，正硫化時間最長，與空白試驗相比，幾乎沒有變化，這可能跟填料性質(zhì)的有關(guān)。當(dāng)氧化鎂粒徑為20nm和50nm時，正硫化時間tc90和焦燒時間tc10較粒徑為微米級填料的tc90短，其中填料粒徑為50nm時膠料的正硫化時間最短。因此，填料網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)較強的材料的G″下降幅度較大，反之，填料網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)較弱的材料的G″下降幅度較小。由圖35可以看出，填料的加入提高了材料的的損耗模量；隨著應(yīng)變的增加，材料的損耗模量呈現(xiàn)下降趨勢，下降幅度隨填料的粒徑增加而減??；當(dāng)填料粒徑為20nm和50nm時，材料表現(xiàn)較高的損耗模量，且隨著應(yīng)變的增加，損耗模量呈現(xiàn)急劇下降。在低應(yīng)變下，填充微米級填料時，橡膠復(fù)合材料的儲能模量相對較低，且變化不大。圖34 TiO2/BR橡膠復(fù)合材料儲能模量G＇與應(yīng)變的關(guān)系Figure 34 Relationship of storage modulus (G＇)with strain of TiO2/BR posites 圖35 TiO2/BR橡膠復(fù)合材料損耗模量G＂與應(yīng)變的關(guān)系Figure 35 Relationship of loss modulus (G＂)with strain of TiO2/BR posites由圖34可以看出，填料的加入提高了材料的儲能模量；在低應(yīng)變下，填充粒徑為20nm和50nm的填料時，橡膠復(fù)合材料表現(xiàn)較高的儲能模量G′，當(dāng)應(yīng)變增加到一定值時，橡膠復(fù)合材料模量出現(xiàn)急劇