【正文】 度、彈性記憶效應(yīng)、斷裂過程的力學(xué)特性（斷裂特性）應(yīng)、斷裂過程的力學(xué)特性（斷裂特性）一、膠料的流動(dòng)性質(zhì)3/10/2023216。3/10/2023內(nèi)容一、膠料的流動(dòng)性質(zhì) 二、生膠的塑煉三、膠料的混煉3/10/2023216。影響炭黑補(bǔ)強(qiáng)效果的因素：炭黑的種類、用量、粒徑和結(jié)構(gòu)3/10/2023第二節(jié) 膠料的加工原理 生膠是一種高彈性的材料，需要經(jīng)過加工成為具有一定的塑性 (塑煉塑煉 )，并與配合劑混合 (混煉混煉 )才能制成各種各樣的制品 (成型成型 )，在成型后或成型過程中，通過化學(xué)鍵的交聯(lián)，使橡膠恢復(fù)和增強(qiáng)彈性 (硫化硫化 )，克服流動(dòng)性。3/10/2023 由圖可見，炭黑用量有一個(gè)峰值。3/10/2023除掉外力，收縮緩和后的狀態(tài)回到松弛狀態(tài) 由于硫化膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在應(yīng)變下發(fā)生破壞，不能完全回復(fù)。 （ 3）分子鏈滑動(dòng)學(xué)說3/10/2023弱鍵在應(yīng)力的作用會(huì)滑動(dòng)伸長，其機(jī)理可用表示(a)表示兩個(gè)炭黑粒子間有三條分子鏈，橡膠鏈的長短不一；（此時(shí)橡膠鏈處于松弛狀態(tài)）(b)當(dāng)伸長不大時(shí)，粒子間最短的鏈完全伸直，承擔(dān)應(yīng)力；(c)當(dāng)伸長增加時(shí)，這條 最短的鏈段不是斷裂，而是滑動(dòng)伸最短的鏈段不是斷裂，而是滑動(dòng)伸長長 ，這時(shí)應(yīng)力由兩條伸直的鏈段承擔(dān)，起到均勻應(yīng)用的作用，這是炭黑補(bǔ)強(qiáng)的一個(gè)重要因素；因?yàn)榛瑒?dòng)所需要的能量遠(yuǎn)比鏈切斷或脫落時(shí)所需的能量小(d)表示當(dāng)伸長繼續(xù)增大時(shí)，更多的鏈段由于滑動(dòng)的結(jié)果而取向，可承擔(dān)更大的應(yīng)力，這是炭黑補(bǔ)強(qiáng)的另一個(gè)重要因素。均勻和緩和應(yīng)力是炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理3/10/2023 炭黑粒子表面的活性是不均一的 ， 有少數(shù)強(qiáng)的活性點(diǎn)以及一系列的多數(shù)能量不同的吸附點(diǎn)。216。無炭黑存在時(shí)，橡膠鏈斷裂后，它的應(yīng)力由相鄰的鏈負(fù)擔(dān)，易于相繼斷裂；216。 （ 2）炭黑粒子間橡膠鏈的有限長學(xué)說只考慮炭黑粒子和橡膠鏈所形成的強(qiáng)鍵。 如圖所示，炭黑粒子之間有三條分子鏈，長短不等。 圖比較了五種粒徑大小相差不多的填料與硫化膠耐磨性的關(guān)系。石墨化炭黑因?yàn)槭セ钚?，?qiáng)鍵少，不耐磨。 因此，對(duì)膠料的補(bǔ)強(qiáng)性質(zhì)來說，既要求炭黑的粒子小，還要求有較多的強(qiáng)鍵數(shù)目，即炭黑必須是高活性小粒子的。 在力的作用下炭黑表面與橡膠鏈分離，直至斷裂，弱鍵消失，剩下的為強(qiáng)鍵。炭黑粒子間橡膠鏈的有限長學(xué)說216。3/10/2023216。重點(diǎn)掌握炭黑補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理 炭黑與橡膠之間的結(jié)合反應(yīng)是炭黑對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)炭黑與橡膠之間的結(jié)合反應(yīng)是炭黑對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)的基本原因的基本原因3/10/2023當(dāng)炭黑的填充量大時(shí)，一條橡膠分子鏈可能被吸附于幾個(gè)炭黑粒子上，形成結(jié)實(shí)的凝膠。補(bǔ)強(qiáng)劑補(bǔ)強(qiáng)劑3/10/2023 橡膠能潤濕炭黑，而很好的被吸附于炭黑表面，形成 物理結(jié)合物理結(jié)合 （比較弱）。3/10/2023 凡是能夠提高硫化橡膠的扯斷強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、耐撕裂強(qiáng)度、耐磨性等物理機(jī)械性能的填充劑均稱為補(bǔ)強(qiáng)劑，最常用的是炭黑，其次是白炭黑（沉淀的二氧化硅）、超細(xì)活性碳酸鈣、活性陶土等。惰性填充劑也稱增容劑，僅僅是為了降低成本、節(jié)約生膠而加入的，例如滑石粉。補(bǔ)強(qiáng)填充劑能提高橡膠的強(qiáng)度，例如炭黑 。填充劑：分為補(bǔ)強(qiáng)填充劑和惰性填充劑。增塑劑：目的使生膠軟化，增加可塑性和潤濕炭黑等粉狀配合劑。防老劑：抑制橡膠的老化現(xiàn)象。防焦劑：也稱硫化延緩劑。硫化活性劑：也稱活化劑、促進(jìn)助劑。硫化促進(jìn)劑：促進(jìn)橡膠硫化、降低硫化溫度、縮短硫化時(shí)間、改善硫化膠的物理機(jī)械性能。硫化劑：使橡膠由線型長鏈分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀大分子的物質(zhì)，這一過程也稱硫化。3/10/2023216。加工工序加工工序 ：生膠塑煉、塑煉膠的混煉、成型、硫化3/10/2023教學(xué)目的和要求掌握橡膠的成型的基本方法和原理成型制品的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系硫化的機(jī)理重點(diǎn)和難點(diǎn)塑煉和混煉機(jī)理 硫化的機(jī)理3/10/2023第一節(jié) 生膠和配合劑橡膠的組成：生膠；橡膠配合劑。配合劑，類似于塑料的助劑，與生膠配合提高橡膠制品的加工和使用性能，降低成本。生膠，即橡膠成型加工的原料，是天然的或合成的高分子化合物經(jīng)化學(xué)處理或加工制成的濃縮膠乳（膠體水分散體系）和干膠。橡膠的成型加工指由 生膠及其配合劑生膠及其配合劑 經(jīng)過一系列化學(xué)和物理的作用制成橡膠制品的過程。 作為橡膠的高分子化合物的特點(diǎn)： 內(nèi)聚能密度小，分子量大，分子量分布寬等； 橡膠和塑料在常溫下所處的狀態(tài)不同； 因此它的加工與塑料有些不同，但是都屬于高分子的加工，所以也有很多一致的地方。 塑料和橡膠的不同：3/10/2023216。216。216。216。 由于橡膠分子間的作用力很小，在溫度稍高時(shí)會(huì)變軟發(fā)粘，并在不太大的作用力下產(chǎn)生塑性流動(dòng)，難以保持一定的形狀，遇溶劑很容易發(fā)生溶脹和溶解，力學(xué)性能很低，所以未經(jīng)配合加工的生膠沒有什么實(shí)際的用途；此外使用過程中由于結(jié)構(gòu)的原因容易老化；因此生膠的加工必須要加入配合劑加入配合劑的原因 在生膠中加入各種配合劑，并使其交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，才具有實(shí)際的使用價(jià)值。生膠：216。216。216。216。 3/10/2023216。216。216。252。252。 這是橡膠中最大品種的配合劑。填充劑 填充劑由于表面性質(zhì)不同對(duì)橡膠的活性也不同，可以按照表面特性分為 親水性親水性 的，如碳酸鹽、陶土、氧化鋅等，它們的特性與生膠不同，不容易被橡膠潤濕； 疏水性疏水性 的如各種炭黑，表面性質(zhì)與橡膠相近，容易與橡膠混煉。 炭黑表面的不均勻性在炭黑與橡膠混合及膠料硫化時(shí)，炭黑表面上的活性點(diǎn)與橡膠的自由基形成 化化學(xué)結(jié)合學(xué)結(jié)合 （比物理結(jié)合大得多）。 理論上只要一條橡膠分子鏈有一個(gè)點(diǎn)同炭黑結(jié)合，則整個(gè)分子鏈就成為凝膠，這種凝膠是疏松的。弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說216。分子鏈滑動(dòng)學(xué)說比較重要的有以下三種機(jī)理：3/10/2023（ 1）弱鍵和強(qiáng)鍵學(xué)說 炭黑與橡膠的結(jié)合可以有各種結(jié)合能量不同的鍵，有比較弱的物理吸附和少數(shù)強(qiáng)的化學(xué)結(jié)合。布蘭查德 (B1anchard)和帕金森 (Par Kinson)在 50年代提出的概念3/10/2023 對(duì)于炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用來說， 強(qiáng)鍵的數(shù)目強(qiáng)鍵的數(shù)目 最為重要。 3/10/2023可見強(qiáng)鍵數(shù)目多的膠料很耐磨。硅酸鈣的粒子盡管很小，但沒有活性，與橡膠沒有化學(xué)結(jié)合，也沒有補(bǔ)強(qiáng)作用。3/10/2023 橡膠鏈在應(yīng)力作用下的伸長有一定的限度，超過這個(gè)限度就會(huì)脫離炭黑表面或發(fā)生斷裂。伸長時(shí)，最短的鏈 A超過其最大長度則先行斷裂，依次為鏈B和鏈 C。比切 (Bueche)提出的 3/10/2023216。有炭黑存在時(shí)，粒子之間有多條橡膠鏈，一條鏈斷了，應(yīng)力由其它鏈分擔(dān)，故炭黑起著 均勻應(yīng)力均勻應(yīng)力的作用，減少整體的破裂。當(dāng)伸長大時(shí)，炭黑粒子也會(huì)移動(dòng)，這種移動(dòng)使應(yīng)力松弛起著 緩和應(yīng)力緩和應(yīng)力 的作用。 炭黑表面上的橡膠鏈可以有不同的結(jié)合能量，多數(shù)為弱的范德華力的吸附，少數(shù)為強(qiáng)的化學(xué)結(jié)合。(e)最后 ,由于滑動(dòng)的摩擦使膠料有高的滯后損耗，會(huì)消耗去一部分外力轉(zhuǎn)化為熱量，使橡膠不受破壞是炭黑補(bǔ)強(qiáng)的又一因素。更重要的是由于鏈的滑移粒子間三條鏈長度變得相等，所以再次伸長，沒有緊張的鏈，使應(yīng)力下降，發(fā)生應(yīng)力軟化。 炭黑補(bǔ)強(qiáng)膠料的掃描電鏡照片顯示，在峰值之前，炭黑大部分是以 單個(gè)粒子單個(gè)粒子 分散于橡膠中；在峰值之后，炭黑部分以 團(tuán)粒團(tuán)粒形式形式 分散于橡膠中，妨礙了其補(bǔ)強(qiáng)作用的發(fā)揮。 所以橡膠的加工過程要經(jīng)歷一系列的物理化學(xué)變化。 橡膠的加工過程要涉及到膠料的流動(dòng)性質(zhì)，膠料的流動(dòng)性能是加工工藝過程中的最重要的性質(zhì)216。在橡膠的加工溫度條件下，可以把橡膠看作是粘度很高的液體，但是它具有粘彈性216。膠料加工時(shí)流變性能實(shí)質(zhì)上 粘性和彈性粘性和彈性 同時(shí)作用的結(jié)果3/10/2023粘度 橡膠的可塑性歸根到底與橡膠的流動(dòng)，即橡膠的 粘度粘度 有關(guān)，因此粘度對(duì)橡膠的工藝過程有著很深的影響。 在橡膠加工中涉及到塑煉、混煉、成型及硫化幾個(gè)工序，而這幾個(gè)工序要求橡膠具有一定的可塑性。橡膠的可塑性大：粘度小，流動(dòng)性大，塑煉、混煉或成型的流動(dòng)性好，塑煉時(shí)包輥適中，膠片表面光潔度高等優(yōu)點(diǎn)；216。216。 比如3/10/2023彈性記憶 這種彈性回復(fù)對(duì)生膠的尺寸影響很大。間。如果松弛時(shí)間很短如果松弛時(shí)間很短 ，遠(yuǎn)小于觀察時(shí)間，那么在觀察時(shí)留存的形變已經(jīng)不存在，看不到彈性回復(fù)，可以看作彈性記憶很短；216。彈性記憶，即所謂的彈性回復(fù)，是指生膠在加工中表現(xiàn)的粘彈性中的彈性成分3/10/2023216。216。對(duì)松弛時(shí)間的影響的因素3/10/2023二、生膠的塑煉塑煉 : 即把具有彈性的生膠變成具有可塑性的膠料的工藝過程。另外在加工時(shí)處于高彈態(tài)，有彈性