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二氧化硅填充丁苯橡胶复合体系的非线性流变行为

孙晋  宋义虎  郑强  
【摘要】:迄今为止,关于粒子填充聚合物复合材料的流变学研究及其相关的非线性机理仍然存在争议。为了进一步探明其机理,考察了二氧化硅(SiO_2)填充溶液聚合丁苯橡胶(SSBR) 复合体系的 Payne 效应和非线性应力松弛行为,发现其非线性黏弹行为类似于未填充 SSBR 体系,这与通常观念中填料网络的破坏和重建的特征并不一致。有趣的是,对于填充橡胶体系而言,经一定的水平和垂直平移,无论是储能模量(G′)还是损耗因子(tanδ)占随应变(γ) 变化的曲线均能与未填充橡胶体系的曲线相互叠加形成主曲线,表明 Payne 效应主要是由橡胶基体的缠结网络所致。由于填料与橡胶间的相互作用,填料网络结构会影响分子起始解缠对应的 Payne 效应临界应变值(γ_)、G′和 tanδ值。我们认为,填料网络的破坏与重建以及分子解缠结的共同作用导致 Payne 效应增强并使高γ下的力学滞后现象得以减弱。而借助增强因子(f(?))=G′_0(?)/G′_0((?)=0),其中 G′_0为应变线性区模量)和应变扩大因子 (A(φ)=γ(φ)/γ(φ=0)),即可很好地理解主曲线的水平和垂直移动因子。根据修正的 Guth-Gold 方程,可进一步获得反映填料增强效应的 f(φ)和 A(φ)。与 Payne 效应相类似,由不同 SiO_2含量混炼胶的非线性应力松弛曲线得到的阻尼函数通过横向平移,同样可以得到一条主曲线,进一步从应变放大效应与补强效应的角度阐明了 SiO_2粒子对 Payne 效应与非线性应力松弛的影响。

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