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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

τ c ——临界基体层厚度 ； d——临界粒径 ； S——应力体积球直径。
图 7 逾渗模型示意图

渗转变，即由补强单元球相互靠近到某一距离，才可
能产生真正意义上的“补强”，才可以形成补强单元的
(a)
应力网络结构。
2.4 炭黑增强天然橡胶复合材料填料网络结
构微观模型
根据以上使用提出了炭黑增强天然橡胶复合材料
的填料网络微观模型，见图 8。

(b)
图 6 N330 和 N550 对天然橡胶复合材料的损耗因子
tgδ 与应变的关系

2.3 炭黑增强橡胶复合材料逾渗模型
很多的实验研究表明 [12~13] 炭黑增强橡胶不是以简 注 ：图中双点划线表示炭黑补强单元间的相互作用 ；虚线表示
炭黑粒子之间的相互作用 ；黑球表示炭黑补强单元。
单的一次结构或二次结构存在的，而是以结合橡胶或 图 8 炭黑增强天然橡胶复合材料的填料网络微观模型
者说是炭黑凝胶的形式存在的，即在炭黑表面有几纳
炭黑增强橡胶的补强是因为填料网络的形成，包
米厚度的橡胶吸附和缠绕，可以设想把这个整体作为
炭黑补强橡胶的基本单元，就像 1988 年 A.Margolina 括炭黑补强单元之间相互作用形成的网络以及炭黑粒
和 S.Wu [14] ，研究橡胶增韧尼龙时建立的逾渗模型 (也 子 - 炭黑粒子之间的相互作用，随着炭黑用量的增加，
炭黑体积分数达到一定的临界值，炭黑补强单元之间
称为基体层厚度理论 )，如图 7。
和炭黑粒子 - 炭黑粒子之间小到一定的间距，达到临
中间的基体表示炭黑聚集体，外面一层表示炭
界距离，彼此之间发生相互作用，形成较完善的补强
黑 - 橡胶相互作用，整个球体为炭黑补强单元球。炭
填料网络，从而影响胶料的宏观性能。
黑增强橡胶复合材料， 当炭黑用量较少时，炭黑之间

相互作用较小，材料的储能模量观察不到 Payne 效应，
随着炭黑用量的进一步增加，形成了大小不一（因为 3 结论
（1）随着新型炭黑用量的增加，胶料的最高扭矩
炭黑在基体中的分散不可能是完全均匀的）的逾渗基
值(M H )、最低扭矩值 (M L ) 和正硫化时间 (t 90 ) 呈现增
团，当炭黑用量增加到临界值时，储能模量出现较大
提高，并可显出明显的炭黑增强 Payne 效应，发生逾 大趋，胶料的焦烧时间 (t 10 ) 逐渐减小 ；拉伸强度先减

2017 第 43 卷 ·9·
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