炭黑在橡膠應(yīng)用中的作用機(jī)理

    炭黑是由烴類化合物不完全燃燒或者裂解制備的，炭黑是橡膠的重要補(bǔ)強(qiáng)材料，也是油墨、塑料等行業(yè)的必要原料。炭黑作為橡膠制品的重要補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑，其最大的亮點在于可以提高橡膠的機(jī)械性能等作用。在橡膠制品中加入炭黑，可以減少橡膠的用量，可以提高輪胎等制品的功能特性，從而延長制品的使用壽命。

  1  炭黑的增強(qiáng)作用機(jī)理

  目前，關(guān)于炭黑的增強(qiáng)作用機(jī)理主要有分子鏈滑動理論 、結(jié)合膠理論、填料網(wǎng)絡(luò)理論、炭黑表面結(jié)構(gòu)理論以及范得華網(wǎng)絡(luò)理論等。

  1.1  分子鏈滑動理論

  分子鏈滑動理論認(rèn)為，吸附在炭黑表面的橡膠分子鏈有一定的活動能力。初始狀態(tài)下吸附著炭黑粒子表面，當(dāng)有應(yīng)力作用時，橡膠分子鏈在炭黑粒子表面滑動，外力撤銷后，膠料收縮，經(jīng)過長時間恢復(fù)后，吸附和解析達(dá)到了新的動態(tài)平衡，膠料又恢復(fù)或接近于原始狀態(tài) 。

  1.2  結(jié)合雙層模型膠理論 

該理論模型認(rèn)為，吸附在炭黑外圍的結(jié)合膠由里層玻璃化硬層和外層黏性硬層組成，在應(yīng)力逐漸增大的情況下，由于黏性硬層發(fā)生取向，對模量增大的貢獻(xiàn)很大，由于玻璃化硬層聚合物分子運動受到限制,對模量增大沒有發(fā)揮作用。這種模型很好的解釋盈利軟化現(xiàn)象。

  1.3  填料網(wǎng)絡(luò)理論  

  隨著炭黑配合量的增加，炭黑粒子之間可形成填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對于形成填料網(wǎng)絡(luò)而言，填料和填料之間、填料和聚合物之間的相互作用及聚集體間的距離是重要的影響因素。

   1.4  炭黑表面結(jié)構(gòu)理論 

  該理論認(rèn)為，活性填料的表面是凹凸不平，彈性體的增強(qiáng)受活性填料的表面結(jié)構(gòu)粗糙度和尺寸范圍影響。這種結(jié)構(gòu)對于體積效應(yīng)或者填料和聚集體的相互作用有著巨大的影響。

   1.5  范德華網(wǎng)絡(luò)理論 

該理論認(rèn)為在橡膠變形時，在填料粒子之間的吸溜膠的形變遠(yuǎn)大于宏觀形變，所以填料粒子聚集體可以產(chǎn)生內(nèi)部滑移。橡膠的增強(qiáng)效果與吸留膠的厚度分布有關(guān)，使粒子分開的臨界應(yīng)力是粒子之間的范德華應(yīng)力。