补强剂

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强度、撕裂强度和耐磨耗性等在橡胶制品中加入的的填充物。

1.3.1 传统补强剂的填充补强

传统补强剂对弹性体的补强是指在补强剂与弹性体相互作用下，硫化胶的定伸

应力和抗破坏性能（如拉伸强度、抗撕裂性能和耐磨性能等）的改善。补强剂的加

入能够改善硫化胶的性能，提高橡胶制品的使用寿命。目前橡胶工业中使用的补强

剂通常也使橡胶其他性能发生变化，如硬度的提高、定伸应力的提高，而且还能够

对硫化胶产生一些不良的影响，如应力松弛性能变差、弹性下降、滞后损失增大、

压缩永久变形增大等。橡胶工业用的主要补强剂是炭黑及白炭黑

[38]

。补强剂起补强

作用的本质是其颗粒表面与弹性体界面间发生相互作用，特别重要的是补强剂与弹

性体之间的结合强度和结合特性。

本世纪初炭黑对橡胶的补强被发现以后，就受到人们的高度重视和广泛的探讨。

对炭黑的补强橡胶的机理，不同研究人员提出了相应的解释，但至今还没有完善的

补强说。典型的补强理论有双壳层模型理论及橡胶大分子链滑动学说等。其中橡胶

大分子链滑动学说是比较完善和比较全面的炭黑补强理论。该理论的核心是橡胶大

分子能在炭黑表面上滑动，由于炭黑粒子表面活性不均一，在其表面有少数强的活

性点以及一系列的能量不同的吸附点。吸附在炭黑表面上的橡胶链可以有各种不同

的结合能量，有多数弱的范德华力的吸附以至少量的化学吸附。吸附的橡胶链段在

应力的作用下会滑动伸长。

图1-5 橡胶大分子链滑动学说补强机理示意图

[36]

Fig. l-5 Molecular slippage model of reinforcement mechanism

大分子滑动学说的补强机理可用图1-5 表示。其中(1)表示胶料原始状态，此时长短不等的橡胶大分子链被吸附在炭黑粒子表面上。(2)当大分子链伸长时，最短的

链不是断裂而是沿炭黑表面滑动。这时应力由多数伸直的链承担，起到平均应力的

作用，这是该理论区别与其它理论的关键。(3)当伸长再增大，链再滑动，使橡胶链

高度取向，承担大的应力，有高的模量，这是炭黑起到补强作用的一重要因素。由

于大分子链的滑动使胶料有滞后损耗，损耗会消去一部分外力功，放出热量，该过

程中橡胶大分子没有被损坏，这是是补强的另一个重要因素。(4)胶料回缩后炭黑粒

子间橡胶链的长度相近，再伸长就不需要再滑动一次，所需应力下降。在适宜的情

况下，经过长时间的橡胶链的热运动，吸附与解吸附作用达到一个动态平衡，粒子

间分子链长度重新排布，使胶料又恢复至接近于原始状态。

橡胶界面与其颗粒表面间的相互作用是补强剂补强的本质，它们之间的结合强

度和结合特征对补强效果起到了特别重要的作用。补强剂对橡胶的补强作用主要取

决于其粒径、结构性和表面活性

[39]

。其中粒径大小和表面活性，直接影响增强剂的

增强效果。增强剂的粒径越小时，其比表面积就越大，表面效应越强，限制橡胶大

分子运动的能力也越强对橡胶的增强作用也就越显著。粒径因素包含着部分表面活

性因素，这是因为，当补强剂的尺寸小到100nm 的尺度后，表面原子数目在整个粒

子总原子数目中占有相当大的比重，由其表面效应（如小尺寸效应、量子效应、不

饱和价效应、电子隧道效应等）所引起的与橡胶大分子间作用力的提高。增强剂的

表面活性越高，与橡胶的结合力就越大，增强效果也就越好。

1.3.2 不饱和羧酸盐增强橡胶

不饱和羧酸金属盐最初被用作三元乙丙橡胶(EPDM)用过氧化物硫化时的共交

联剂

[39]

。它的加入不仅提高了硫化胶的交联效率和交联度，同时也增加了硫化胶的

模量和硬度，不饱和羧酸金属盐增强橡胶可以在提高拉伸强度的同时使硫化胶保持较高的断裂伸长率。由于不饱和羧酸盐在橡胶改性、增强等方面具有很多优势，近来，对不饱和羧酸金属盐的研究引起了国内外科研人员的广泛兴趣

[41]

。由不饱和羧

酸金属盐补强的橡胶具有高拉伸强度、高耐磨性、高撕裂强度、高耐屈挠性、耐热老化及耐溶剂等优异性能。其优异的综合力学性能是任何传统胶料难以比拟的，因此，此类胶料在特种橡胶制品领域有着非常广泛的应用前景。