第3章3 应力软化与补强机理
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第九节 炭黑的补强机理
9.1 应力软化效应
9.2 炭黑的补强机理
高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering
9.1 应力软化效应
1. 应力软化效应：也称 为Mullins效应 。 实际上，Payne效应是 应力软化现象的一个反 映。
双壳层模型理论
图中A相为自由大分子， B相为交联结构， C相为双壳层。 C相起骨架作用联结A相和B相，
构成一个橡胶大分子与填料整 体网络，改变了硫化胶的结构， 提高了硫化胶的物理机械性能。
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Biblioteka Baidu
1）填充的影响
对于SBR类的非自补强性橡胶来说，未填充
胶几乎没有软化效应，填充胶比未填充胶的 软化效应高得多。
如未填充的SBR-1500的硫黄硫化体系硫化胶
软化效应为7.7%，而相应填充体积分数为0.2 的沉淀白炭黑的为45.0%，HAF的则为59.2%。
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3. 应力软化的恢复
因为炭黑的吸附是动态的，应力软化有恢复性。 在恢复条件下，橡胶大分子会在炭黑表面重新分
布，断的分子链可被新链代替。剩下的不能恢复 的部分称为永久性应力软化作用。 在室温下停放几天，损失的应力恢复很少，而在 100℃×24h真空中能恢复大部分损失的应力。在 良溶剂中（如二甲苯）达到最大溶胀，再把溶剂 挥发干，其应力恢复得更多。
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9.2 炭黑的补强机理
容积效应（形变放大效应） 弱键和强键学说（除弱剩强）
橡胶链有限伸长学说（短链断裂或脱离）
双壳层模型理论 橡胶大分子链滑动学说
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2. 应力软化效应的影响因素
应力软化效应代表一种粘性的损耗因素，凡是影
响粘弹行为的因素对它均有影响。
填料及其性质对应力软化效应有决定性作用。
1．填充的影响
2．填料品种的影响 3．炭黑品种的影响
高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering
橡胶大分子链滑动学说
链滑动，缓解应力集中是补强的第一
重要因素；
链滑动，橡胶链高度取向是补强的第
二个因素；
链滑动，摩擦消耗外力功，是补强的
第三因素。
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应力软化的表示
w1 w 2 w1
W1: 第一次拉伸至给定应变所需的应变能； W2: 第二次拉伸至同样应变所需的应变能。
w
100 %
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2）填料品种的影响
补强性高的填料软化效应高。炭黑具有比较高的应力软化效应，
无机填料应力软化效应较低。
如用SBR-1500，填充体积
分数为0.2，硫黄硫化体系 的HAF、VN3白炭黑和轻质 CaCO3硫化胶的应力软化效 应见右图。
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9.1 应力软化效应
9.2 炭黑的补强机理
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9.1 应力软化效应
1. 应力软化效应：也称 为Mullins效应 。 实际上，Payne效应是 应力软化现象的一个反 映。
双壳层模型理论
图中A相为自由大分子， B相为交联结构， C相为双壳层。 C相起骨架作用联结A相和B相，
构成一个橡胶大分子与填料整 体网络，改变了硫化胶的结构， 提高了硫化胶的物理机械性能。
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1）填充的影响
对于SBR类的非自补强性橡胶来说，未填充
胶几乎没有软化效应，填充胶比未填充胶的 软化效应高得多。
如未填充的SBR-1500的硫黄硫化体系硫化胶
软化效应为7.7%，而相应填充体积分数为0.2 的沉淀白炭黑的为45.0%，HAF的则为59.2%。
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3. 应力软化的恢复
因为炭黑的吸附是动态的，应力软化有恢复性。 在恢复条件下，橡胶大分子会在炭黑表面重新分
布，断的分子链可被新链代替。剩下的不能恢复 的部分称为永久性应力软化作用。 在室温下停放几天，损失的应力恢复很少，而在 100℃×24h真空中能恢复大部分损失的应力。在 良溶剂中（如二甲苯）达到最大溶胀，再把溶剂 挥发干，其应力恢复得更多。
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9.2 炭黑的补强机理
容积效应（形变放大效应） 弱键和强键学说（除弱剩强）
橡胶链有限伸长学说（短链断裂或脱离）
双壳层模型理论 橡胶大分子链滑动学说
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2. 应力软化效应的影响因素
应力软化效应代表一种粘性的损耗因素，凡是影
响粘弹行为的因素对它均有影响。
填料及其性质对应力软化效应有决定性作用。
1．填充的影响
2．填料品种的影响 3．炭黑品种的影响
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橡胶大分子链滑动学说
链滑动，缓解应力集中是补强的第一
重要因素；
链滑动，橡胶链高度取向是补强的第
二个因素；
链滑动，摩擦消耗外力功，是补强的
第三因素。
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应力软化的表示
w1 w 2 w1
W1: 第一次拉伸至给定应变所需的应变能； W2: 第二次拉伸至同样应变所需的应变能。
w
100 %
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2）填料品种的影响
补强性高的填料软化效应高。炭黑具有比较高的应力软化效应，
无机填料应力软化效应较低。
如用SBR-1500，填充体积
分数为0.2，硫黄硫化体系 的HAF、VN3白炭黑和轻质 CaCO3硫化胶的应力软化效 应见右图。
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