[发明专利]一种基于结合胶检测天然橡胶中炭黑的补强性能的方法

说明书

本发明公开了一种基于结合胶检测天然橡胶中炭黑的补强性能的方法。采用超薄冷冻切片机制样后，使用原子力显微镜的轻敲模式，表征炭黑‑橡胶复合材料时，利用形貌图和相图成像特点的差别，可以直接观察炭黑补强复合材料的结合胶的特点，得到结合胶的厚度，进而分析结合胶对橡胶性能的影响和炭黑在橡胶补强性能。该方法具有操作简单、不需过多的对样品进行处理、检测效率较高，检测图片清晰和检测准确度高等优点，具有更好的适用性，为研究填料的补强提供了新的方法和思路。

技术领域

本发明属于橡胶复合材料技术领域，具体涉及一种基于结合胶检测天然橡胶中炭黑的补强性能的方法。

背景技术

经过130多年发展的汽车产业，现如今作为推动新一轮科技革命和产业革命的重要力量，作为建造强国的重要支撑，作为国民经济的重要支柱，对于民众的出行和生态文明的提升紧密相关。汽车轮胎是汽车的重要组成部件，起着承受汽车全部重量和保证车轮与路面良好附着性等作用。轮胎胎面是与地面直接接触的部分，胎面胶的质量直接影响了汽车的安全性与乘坐的舒适性，因此作为胎面的补强填料，炭黑的重要性不言而喻。上世纪初即1910年，固特里奇公司(B.F.Goodrich)首先发现将大量炭黑添加在橡胶内可以提高轮胎的耐磨性，从而大幅度的延长了轮胎的使用寿命，同时还如专利CN103358828A所提到的，合理处理炭黑还能够防止静电。此后，炭黑的需求量大幅增加，也完成了炭黑从着色剂身份到补强填料这一新身份的转变。炭黑成为橡胶工业用量仅次于生胶的原料，炭黑工业飞速发展，经炭黑补强后的橡胶也具备了更好的实用性，获得了更大的商业价值，因此，炭黑工业和橡胶工业就紧密的联系在了一起。约90%的炭黑产品应用于橡胶工业，其中约67.5%用于轮胎，22%用于其他橡胶制品。

但炭黑为何对橡胶有补强作用，是炭黑自身的什么性质起决定作用，只有弄清这些才能开发出新的炭黑。炭黑对橡胶的补强作用对橡胶产业的发展有着深远的影响，因此其对橡胶的补强机理及相应补强模型一直以来也是行业研究人员的研究重点与热点。经过几代科学家的努力与相关科研设备的进步，虽然对炭黑补强橡胶的机理有了大量的研究成果，并提炼出了一些较为成熟的补强机理，但是一直没有一个公认的唯一权威的机理可以完美的解释炭黑对橡胶的补强作用。因此对炭黑对橡胶的补强作用、炭黑橡胶复合材料作用机理等仍然值得深入研究。

目前，填料网络理论、分子链滑动理论、范德华网络理论和结合胶理论是公认度较高的几个补强理论，其中在结合胶理论认为炭黑橡胶结合位置会产生结合胶，在受到外部作用力时，结合胶能够防止应力集中，延缓分子链断裂。炭黑对橡胶的补强最根本的是炭黑-橡胶之间的结合本质，那结合位置产生的结合胶的特点也影响着炭黑的补强能力。结合胶也称为炭黑凝胶，是指橡胶与炭黑共混过程中，与炭黑表面化学键键合的橡胶。它是衡量填料与橡胶结合效果的一个值。结合胶用来表征橡胶与填料之间的相互作用，结合胶含量越高，说明橡胶与填料之间的作用力越强，橡胶制品的各种物理性能如强度、弹性、撕裂、磨耗性能等就越好。因此，许多专家在研究填料对橡胶补强的时候会涉及到结合胶这一概念，试图通过研究结合胶的一些性能来解开填料补强橡胶的机理。目前通过将混炼胶放在良性溶剂中浸泡，通过测定被测胶样的质量减少来计算结合胶含量，操作繁琐。但由于结合胶性能目前找不到合适的测量方式，使得这一方面的研究不能广泛展开，且至今未报道关于通过测定结合胶的厚度来表征炭黑的补强性能。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于结合胶检测天然橡胶中炭黑的补强性能的方法，提供了一种表征炭黑补强性能的新方法，为橡胶制品研究提供了更多的选择。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于结合胶检测天然橡胶中炭黑的补强性能的方法，包括如下步骤：

1）将待测的橡胶制品用裁剪刀制备成合适大小的条状，再将其用AFM专用样品夹夹持后放入切片机机箱内，扭紧螺丝固定于切片机内；

所述橡胶制品是将橡胶、炭黑以及选自补强填充剂、防老剂、油、硫化体系的一种或多种的添加剂进行混炼形成混炼胶，然后进行硫化反应得到；