正版 粒状填料对橡胶的补强 理论及实践 橡胶补强本质述填料基本性能 表征填料应用混炼胶加工性能 填充硫化胶性能应用书籍

填料作为填充胶复合材料的一种主要成分，对改善橡胶制品的性能发挥重要的作用。但是关于填料如何影响混炼胶的加工性能和硫化胶的力学性能，特别是与之对应的原因，有很多新的想法、理论、应用、现象和观测结果，没有形成定论。
这表明填充胶的真实世界复杂程度之高，一定涉及到多种机理，但（作者认为）可以采用相似和相对非特定的术语来解释各种填料对橡胶性能的影响；也就是说，与各种填料参数相关的现象应遵循某种普遍规则或原理。考虑到填料对橡胶补强各个方面的影响，作者相信，填料性能如微观结构、形态和表面特性对决定填充胶的性能起主导作用，进而通过它们在橡胶中的各种效应决定橡胶制品的性能。这些效应包括流体动力学效应、界面效应、包容效应以及填料的聚集效应，本书的架构由此而确立。

填料作为硫化胶的一种主要成分，对改善橡胶制品的性能发挥着重要的作用。本书的第一部分着重论述填料的基本性能及其表征，其后的章节介绍了填料在橡胶中的作用。在此基础上，详细讨论了混炼胶的加工性能和填充硫化胶的性能。最后几章阐述了填料在轮胎中的特殊应用、与填料相关的轮胎新材料的开发以及气相法二氧化硅在硅橡胶中的应用。
本书适用于在橡胶和填料领域进行学术研究和从事工业制造的人士阅读参考。

王梦蛟，青岛科技大学国家橡胶与轮胎工程技术研究中心，博士、首席科学家，1964年毕业于山东大学化学系，同年加入北京橡胶工业研究院，研究领域包括橡胶的老化、硫化、补强等。1982年受聘于法国科学院固体表面物理化学研究所，1984年获法国国家博士学位。
1986年任北京橡胶工业研究设计院总工程师。
1988-1989年赴德国在Schuster教授领导的德国橡胶工业研究所为其建立橡胶补强研究室。
1993年加入美国Cabot公司任高级研究员，继而被任命为公司首席科学家。
在其四十多年的橡胶研究生涯中，共发表科技文章130余篇。参与9本书籍的编写。拥有31各美国专利及与其有关的国际专利。为美国《橡胶化学与工艺》杂志编委。2006年美国化学会橡胶分会授予王梦蛟Melvin Mooney杰出科学技术奖，并任命其为该学会的终生荣誉会员。
现为青岛科技大学国家橡胶与轮胎工程技术研究中心首席科学家及怡惟怡橡胶研究院院长。

第1章填料的生产制造001
1.1炭黑的生产制造002
1.1.1炭黑的生成机理003
1.1.2炭黑的生产工艺006
1.2白炭黑的生产制造013
1.2.1沉淀法白炭黑生成的机理013
1.2.2沉淀法白炭黑的加工工艺014
1.2.3气相法白炭黑生成的机理016
1.2.4气相法白炭黑的加工工艺016
参考文献018

第2章填料的表征020
2.1化学组成021
2.1.1炭黑021
2.1.2白炭黑023
2.2填料的微观构造025
2.2.1炭黑025
2.2.2白炭黑027
2.3填料的形态028
2.3.1初级粒子比表面积028
2.3.2结构——聚结体的尺寸和形状060
2.3.3着色强度082
2.4填料的表面特征091
2.4.1填料的表面化学表征——表面化学基团091
2.4.2填料表面物理化学的表征——表面能091
参考文献138

第3章填料在橡胶中的效应149
3.1液动效应——应变放大150
3.2填料与聚合物之间的界面相互作用151
3.2.1结合胶151
3.2.2橡胶壳155
3.3包容胶157
3.4填料的聚集作用159
3.4.1填料聚集的观察159
3.4.2填料聚集的模式160
3.4.3填料聚集热力学163
3.4.4填料聚集动力学165
参考文献167

第4章填料的分散172
4.1填料分散的基本概念172
4.2影响填料分散的因素174
4.3液相混炼181
参考文献185

第5章填料对混炼胶性质的影响187
5.1结合胶187
5.1.1结合胶的意义188
5.1.2结合胶的测量189
5.1.3结合胶的结合性质190
5.1.4聚合物在结合胶中的运动性195
5.1.5聚合物对结合胶的影响196
5.1.6填料对结合胶的影响197
5.1.7混炼条件对结合胶的影响208
5.2填充混炼胶的黏度219
5.2.1影响填充混炼胶黏度的因素220
5.2.2黏度-炭黑有效体积的主曲线222
5.2.3白炭黑胶料的黏度226
5.2.4黏度增长-储存硬化230
5.3口型膨胀和挤出胶外观233
5.3.1炭黑胶料的口型膨胀233
5.3.2白炭黑胶料的口型膨胀238
5.3.3挤出胶外观238
5.4生胶强度240
5.4.1聚合物的影响241
5.4.2填料性质的影响243
参考文献247

第6章填料对硫化胶性质的影响254
6.1溶胀254
6.2应力-应变性质261
6.2.1低应变261
6.2.2硬度264
6.2.3中等和高应变-模量的应变相关性265
6.3应变能量损耗-应力软化效应269
6.3.1应力软化效应机理271
6.3.2填料对应力软化的影响277
6.4破裂性质284
6.4.1裂口引发284
6.4.2撕裂285
6.4.3拉伸强度和扯断伸长率305
6.4.4疲劳308
参考文献310

第7章填料对硫化胶动态性能的影响318
7.1硫化胶的动态性能318
7.2填充硫化胶的动态性能321
7.2.1填充胶的弹性模量与应变的关系321
7.2.2填充胶的黏性模量与应变的关系329
7.2.3填充胶的损耗因子与应变的关系332
7.2.4填充橡胶中关于不同模式填料聚集的滞后损失机理337
7.2.5填充胶的动态性能与温度的关系338
7.3动态应力软化效应342
7.3.1模式2的填充胶动态应力软化效应343
7.3.2温度对动态应力软化的影响346
7.3.3频率对动态应力软化的影响348
7.3.4模式3测试的填充胶的动态应力软化效应350
7.3.5填料的性质对动态应力软化及滞后损失的影响357
7.3.6液相混炼白炭黑胶料的动态应力软化358
7.4填充硫化胶动态性能的时温等效性363
7.5生热372
7.6回弹性374
参考文献377

第8章与轮胎性能有关的橡胶补强381
8.1滚动阻力381
8.1.1滚动阻力机理(滚动阻力和滞后损失之间的关系)381
8.1.2填料对动态性能温度相关性的影响383
8.1.3混炼的影响408
8.1.4预交联的影响411
8.2抗湿滑性能(摩擦)413
8.2.1抗滑机理417
8.2.2橡胶与刚性固体表面之间的摩擦417
8.2.3轮胎的抗湿滑性能432
8.3填料对轮胎耐磨性能的影响449
8.3.1磨耗机理449
8.3.2填料参数对磨耗的影响457
参考文献472

第9章轮胎用新补强材料的发展484
9.1炭黑的化学改性484
9.2炭-二氧化硅双相填料(CSDPF)486
9.2.1化学特性487
9.2.2胶料特性489
9.2.3CSDPF 4000在乘用胎中的应用490
9.2.4CSDPF 2000在卡车胎中的应用491
9.3连续液相混炼工艺制造天然胶/炭黑母炼胶492
9.3.1混炼、凝固和脱水的机理493
9.3.2配合特性494
9.3.3硫化特性498
9.3.4CEC硫化胶的物理性能498
9.4连续液相混炼工艺制造合成胶/白炭黑母炼胶504
9.4.1EVEC的制造工艺505
9.4.2混炼胶性能506
9.4.3硫化胶特性510
9.5粉末橡胶521
9.5.1粉末橡胶的生产522
9.5.2粉末橡胶的混炼522
9.5.3粉末橡胶的性质523
9.6其他填料524
9.6.1淀粉524
9.6.2有机黏土525
参考文献526

第10章硅橡胶的补强530
10.1气相法与沉淀法白炭黑基本概况531
10.2白炭黑和硅橡胶之间的相互作用531
10.2.1反相气相色谱法表征表面能532
10.2.2白炭黑-硅橡胶体系中的结合胶533
10.3皱片硬化534
10.4白炭黑表面改性535
10.5白炭黑的形态特性536
10.5.1比表面积537
10.5.2气相法白炭黑的结构特性537
10.6硅橡胶的混炼和加工539
10.7白炭黑在硅橡胶中的分散543
10.8静态力学性能544
10.8.1拉伸模量544
10.8.2拉伸强度和扯断伸长率547
10.8.3压缩永久变形548
10.9动态力学性能549
参考文献551

在十八世纪发现橡胶这种具有重要意义的材料后不久，硫化和粒状填料的应用即成为控制橡胶制品性能最重要的因素。实际上，粒状填料的消耗量仅次于橡胶本身。填料之所以具有举足轻重的地位，除通过增容节省制品的成本之外，更重要的是它可改善橡胶的物理性能，这种现象一般称为橡胶的“补强”。实际上，“填料”一词有一定的误导性，因为对于很多橡胶制品，尤其是对轮胎而言，单位体积填料的成本甚至高于聚合物的成本。这对于使用超细填料如炭黑和二氧化硅补强的弹性体来讲尤其如此。G.Kraus编写的《弹性体补强》（1964）、J.-B.Donnet和A.Voet（1975）撰写的《炭黑:物理、化学和弹性体补强》（1975）以及J.-B.Donnet、R.C.Bansal和王梦蛟编写的《炭黑:科学与技术》（1993）已经对该主题作了全面的论述。此后，在橡胶补强机理的理解、传统填料的应用以及改善橡胶制品性能的新产品开发等方面都取得了很大的进展。
尽管近年来在填料如何影响混炼胶的加工性能及硫化胶的力学性能方面提出了很多新的想法和理念，也进行了不少的实践和观察，但系统的论述尚感欠缺。虽然填充胶的真实世界是非常复杂的，填料的作用也涉及多种机理，但作者认为，可以用一种统一的理论来解释所有填料对橡胶性能的影响。也就是说，与各种填料参数相关的现象应遵循某种普遍规则或原理。现已证明，填料对橡胶性能的影响，主要取决于填料的性质，诸如微观结构、形态和表面特性，并通过它们在橡胶中的各种效应决定橡胶制品的性能。这些效应包括流体动力学效应、界面效应、包容效应以及填料的聚集效应。
本书的前三章除简单介绍某些填料的生产制造外，着重论述填料的基本性能及其表征和填料在橡胶中的效应。在此基础上，详细讨论了混炼胶的加工性能和填充硫化胶的性能。最后几章阐述了填料在轮胎中的应用、与填料相关的轮胎新材料的开发以及气相法二氧化硅对硅橡胶的补强。所有章节都强调内部逻辑连贯和一致性，从而完整展现粒状填料对橡胶的补强作用。因此，本书适用于在橡胶和填料领域进行学术研究和从事工业制造的人士参考。
衷心感谢怡维怡橡胶研究院的同事贾维杰先生、王从厚先生、郭隽奎先生、张皓博士、王滨博士、宋禹奠博士、卢帅先生、钟亮博士、谢明秀博士、赵文荣博士、姚冰博士和张丹博士为编写本书提供的帮助,特别感谢怡维怡橡胶研究院和卡博特公司,没有他们的理解和支持,这项工作是不可能完成的。

王梦蛟
迈克尔·莫里斯