橡胶补强及其机理介绍

在橡胶中通过加入大量的物质来改善橡胶的拉伸强度、耐磨性、撕裂强度、和定伸应力等力学性能，提高使用性能，延长制品使用寿命，这种作用称为橡胶补强，这些物质称为补强剂。

常用的补强剂有炭黑、白炭黑、硅酸盐、活性碳酸钙、氧化锌以及一些有机化合物。

炭黑是橡胶工业中的主要补强剂，几十年来，人们对炭黑补强机理进行了广泛的探讨，总结出很多学说，其中橡胶分子链滑动理论较典型。该理论认为炭黑粒子表面的活性是不均一的，存在着少数强活性点及大量的能量不同的吸附点。因此炭黑对其表面上的橡胶链有不同的结合能量，可以是多数的由范德华力引起的吸附或少数的化学结合键。

当炭黑补强硫化胶受到外力作用时，被吸附的橡胶链段会在炭黑粒子表面滑动伸长，于是产生以下补强效应。

①当分子链滑动时，大量的物理吸附的解析作用吸收外力而起到缓冲作用。

②由于滑动摩擦使胶料产生高滞后损耗，损耗会消耗一部分能量，并转化为热能耗散掉，从而保护橡胶不受破坏。

③分子链滑动的结果，是使橡胶链高度定向，使应力均匀分布，从而承担了大的应力或模量。

以上效应的结果，可使橡胶的强度大大提高，抵抗破裂。分子链滑动补强机理如下图所示。

分子链滑动补强机理示意图

图中1表示胶料的原始状态，两个炭黑粒子中间的橡胶链段长短不等；2表示当伸长不大时，炭黑粒子间最短的链段完全伸直，承受应力；3表示当伸长增加时，这条最短的链段不是断裂，而是滑动伸长，这时应力由多数伸直的链段承担，这种应力均匀作用是补强的一个非常重要的因素；4表示伸长继续增大时，由于链段滑动的结果，使橡胶链段高度定向，应力均匀分布，可承担大的应力和模量，这是补强的另一个重要因素，由于滑动摩擦使胶料产生高的滞后损耗，损耗会吸收一部分外力，转化为热量，使橡胶不会破坏，这也是补强的一个重要因素；5表示去掉外力后，胶料收缩，再伸长时则产生应力软化现象，这是因为胶料回缩后炭黑粒子间的橡胶链段长度差不多一样，再伸长时不需再行滑动，所需应力下降；6表示经长时间恢复后，由于橡胶链段的热运动，吸附与解吸附的动态平衡，使炭黑粒子间橡胶分子链段的长度重新分布，胶料又恢复至接近于原始状态。