橡胶加工分析仪研究混炼硫化胶填料分散补强效果-Payne效应

各种橡胶制品能满足各个产业众多方面的苛刻要求，离不开活性填料对于橡胶制品的补强作用。加入填料可使橡胶制品的力学性能，包括拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、硬度、定伸应力等得到明显提高。与此同时，也会引起橡胶制品动态机械性能的显著变化。

加入填料在对橡胶基体起到补强作用的同时，也会引起填充橡胶动态机械性能非线性的变化，例如高的滞后损失，应力软化效应，Payne效应。Payne效应：填料-填料间的相互作用。

RPA橡胶加工分析仪的功能

应变扫描

-评估炭黑分散性

-测量填料相互作用 (Payne effect)

-高应变震荡剪切

无论是炭黑还是白炭黑，当填料用量超过其临界用量时或分散不好时，胶料中形成填料网络。由于被填料包埋的橡胶很难参与形变，填料的有效体积分数增大，因此胶料的模量较高。且填料份数越高, 这种效应越明显。利用RPA橡胶加工分析仪对胶料进行应变扫描，在高应变振幅下填料网络遭到破坏，包埋橡胶被释放，填料的有效体积分数降低，导致胶料的模量明显下降。填充胶低应变振幅时的G'max与高应变振幅时的 G'min的差值可以表征佩恩效应。

Payne效应，实质上是指填充橡胶的动态机械性能对于小形变下 的非线性响应具体说，在橡胶加工分析仪RPA的动态机械性能测试中，当填充橡胶试样受到 连续正弦变化的剪切应变时，其储能模量（Ｇ′）在应变振幅0.1％附近产生突变，并随应变增大而急剧下降，其损耗模量（Ｇ″）在相应应变值附近 出现Z大值；当应变振幅增大到约15％时，Ｇ′不 再依赖于应变。

从图3可以看出，当应变大于1%时，混炼胶的G'随应变的增大迅速减小。应变开始前后对应的G'之差(△G')表示Payne效应，Payne效应是由混炼胶微观结构的变化引起的。当△G'很小时，Payne 效应不显著。低Payne效应表明填料在橡胶基体中的分散性良好。对比3种混炼胶的△G'，白炭黑/GO/NR混炼胶Z大，改性白炭黑-1/GO/NR混炼胶次之，改性白炭黑-2/GO/NR混炼胶Z小，说明这3种混炼胶内部填料分散性顺序提高。

综上所述，用Payne效应来评价填料在聚合物体系内分散性的优劣，反映填料粒子间或填料与聚合物基体间 相互作用的强弱，已达成了普遍的共识。

填充橡胶无论是混炼胶还是硫化胶状态， 在橡胶加工分析仪RPA动态应变的过程中，其内部结构变化是及其复杂的过程，填料－填料和填料－橡胶相互作用不仅相互竞争而且相互影响。降低填料－填料相互作用有利于分散，提高填料－橡胶相互作用则有利于补强。

引用：刘涛，陈亚薇，刘东，杜爱华填充橡胶的Payne效应，橡塑材料与工程教育部重点实验室 266042

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