70. Теорії посилення каучуків.

Усиление каучуков заключается в том, что при введении тонко-дисперсных наполнителей в резиновые смеси происходит существенное увеличение прочнос­ти и улучшение некоторых физико-механических свойств вулканизатов в высо­коэластическом состоянии: сопротивления истиранию и раздиру, модулей и т. п.

Наполнители, улучшающие механические свойства резин, называются ак­тивными, или усиливающими. Наполнители, не изменяющие свойств резин, называются инертными (разбавителяи).

Величина усиливающего эффекта зависит от природы эластомера и характера его взаимодействия с наполнителем.

Важнейшим фактором, определяющим усиливающее действие наполните­лей, является их дисперсность, характеризуемая размером частиц или удель­ной поверхностью.

Чем больше полярность наполнителя или его поверхности, тем меньше он взаимодействует с неполярным эластомером. Наибольшее увеличение прочности (в 10-12 раз) достигает­ся в резинах на основе некристаллизуклцихся каучуков. Прочность вулканизатов на основе кристаллизующихся каучуков может не увеличиваться при введении напол­нителей или возрастать незначительно

Существует несколько теорий усиления каучука, в которых эффект усиле­ния объясняется действием тех или иных факторов.

1. при оптимальном наполнении резиновых смесей ка­учук образует в смеси не непрерывную, а дискретную фазу, состоящую из отдель­ных структурных единиц, больших, чем частицы усиливающего наполнителя (технического углерода). Наполнитель окружает каждую макромолекулу каучу­ка, образуя комплексы каучук-наполнитель, связанные между собой поверхно­стными силами притяжения. Образование таких структур возможно, когда раз­мер макромолекул значительно больше размера частиц усиливающего наполни­теля. Дополнительное введение наполнителя заполняет "пустоты" между ком­плексами каучук-наполнитель. Этот добавленный наполнитель действует рас­клинивающим образом, раздвигая комплексы и уменьшая эффект усиления.

2.большое значение придает­ся непрерывной структуре наполнителя, образующейся в каучуке. В смесях ка­учука с техническим углеродом могут существовать структуры двух типов: час­тицы технического углерода или их агрегаты, беспорядочно распределенные в массе каучука и изолированные друг от друга более или менее толстыми прослойками каучука; частицы активных наполнителей, которые соединяясь, образуют сетку, пронизывающую всю мас­су каучука в различных направлениях, т. е. непрерывную структуру.

3.Многие объяснения эффекта усиления основаны на предположении о том, что вокруг частиц наполнителя образуются слои эластомера, свойства которых отличаются от свойств основной среды.

Эти слои представляют собой области полимера с уменьшенной молекулярной подвижностью и измененной платностью упаковки. В таких областях особенно уве­личивается роль цепочечных структур наполнителя, являющихся матрицей, на ко­торой ориентированы макромолекулы. Чем больше развита цепочечная структура, тем в большей степени проявляется ее ориентирующее и упрочняющее действие.

4.механизм усиле­ния эластомеров активными наполнителями заключается главным образом в том, что частицы наполнителя способствуют выравниванию напряжений в эла­стомере. Пространственная макромолекулярная сетка эластомера построена не­регулярно, и поэтому при деформации в некоторых местах ее возникают значи­тельные перенапряжения, приводящие к разрыву макромолекул; большая же часть сетки при этом либо вовсе не напряжена, либо напряжена очень слабо.

при деформации наполненного каучука общее напряжение значительно равномернее распределяется между элементами пространствен­ной сетки эластомера, что приводит к увеличению напряжений при удлинении и прочности при растяжении. Разрыв наступает тогда, когда вследствие десорб­ции возможность выравнивания напряжений исчерпывается.

Наиболее распространенным усиливающим наполнителем является техни­ческий углерод.