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理论与研究 游琪 等·炭黑增强天然橡胶复合材料的性能

炭黑增强天然橡胶复合材料的性能

Carbon black enhance properties of natural rubber composites

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游琪 ，梅璟 ，胡琪 ，陈春花 ，辛振祥 2
(1. 江西黑猫炭黑股份有限公司，江西 景德镇 333000 ；
2. 青岛科技大学橡塑材料与教育部重点实验室，山东 青岛 266042)
摘要 ： 主要研究了新型炭黑、N330 和 N550 对天然橡胶复合材料的影响，并对补强填料网络机理进行了探索。结果表明 ：随
着新型炭黑用量的增加，拉伸强度先减小然后趋于平缓，拉断伸长率和压缩永久变形逐渐减小，DIN 磨耗体积先减小后增大，撕
裂强度呈现增大后减小趋势，新型改性炭黑用量为 50 份时，综合性能较好。炭黑 N330、N550 用量在 35~50 份之间存在临界值，
使得胶料储能模量突然增大，出现较强的 Payne 效应，填料网络的形成，包括炭黑补强单元之间相互作用形成的网络以及炭黑粒子 -
炭黑粒子之间的相互作用，网络结构形成的过程存在逾渗行为。
关键词 ： 炭黑 ；天然橡胶 ；逾渗 ； Payne 效应
中图分类号 ： TQ332 文章编号 ： 1009-797X(2017)23-0005-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2017.23.002

橡胶是一种弹性聚合物，拥有很强的非线性黏弹 据填料聚集体附聚－解附聚的理论基础，开创性地提
性行为，还具有许多特殊的性能，例如优越的疲劳强 出了定量描述 Payne 效应的唯像模型，并与实验数据
度、很高的耐腐蚀性、良好的电绝缘性和化学稳定性 有相当程度的契合，一定程度上证明了 Payne 的理论。
等 [1] 。炭黑是应用最广泛、用量最大的传统活性填料， 通常来说，利用 Payne 效应可以评价填料分散性的优
在橡胶工业中已得到了深入的研究和应用 [2] 。加入炭 劣、填料间自身相互作用或者填料与橡胶相互作用的
黑对橡胶基体起到补强作用的同时，也会引起填充橡 强弱 [9] 。刘涛等 [10] 利用 Payne 效应评价了填料分散性、
胶动态机械性能非线性的变化，例如高的滞后损失、 填料间相互作用及填料与橡胶间相互作用。本文主要
应力软化效应、逾渗行为、Payne 效应 [3] 。高分子物 研究了 N330、N550 和新型改性炭黑用量对天然橡胶
质本身就是一种非均质凝聚态物质，结构描述以及结 性能的影响，探索炭黑增强橡胶复合材料的其逾渗行
构与性能的关系研究都很复杂，如橡胶增韧塑料的韧 为和 Payne 效应，以期为纳米粒子增强橡胶复合材料
脆转变、炭黑填充聚合物的导电等 [4] 。逾渗理论处理 的逾渗理论和 Payne 效应机理模型提供支持。
的是在庞大无序系统中由于相互联结程度的变化所引
起的突变效应。这种研究多集中于导电炭黑的导电逾 1 实验部分
渗上如清华大学的周啸 [5] 等人的聚乙烯 - 炭黑复合材 1.1 原材料
料导电逾渗的蒙特卡罗研究。无机粒子对树脂基体的 天然橡胶，马来西亚 ； N330、N550、新型炭黑，
增强增韧上，黄锐 [6] 验证了 EOC 和 CaCO 3 增韧 PP 黑猫炭黑股份有限公司 ；改性高岭土，青岛科信启晨
的机理符合 Wu 氏逾渗理论。运用逾渗理论分析无机 高分子材料有限公司 ；碳纳米管，山东大展纳米材料
粒子补强橡胶机理的研究，国内只有北京化工大学的 有限公司 ；促进剂 CZ、防老剂 RD、氧化锌、硬脂酸、
张立群等人 [7] 通过考察炭黑、纳米氧化锌增强剂对丁
苯橡胶和三元乙丙胶的增强作用。对于 Payne 效应机
作者简介：游琪（1972-），女，毕业于南昌大学，副总经理，
理的研究，Payne [8] 研究了橡胶 - 填料网络的破坏与 工程师，主要从事炭黑生产技术研究工作。
重建，即填料粒子附聚和解附聚的过程。Karus [9] 依 收稿日期 ：2017-09-25

2017 第 43 卷 ·5·
年