二、填料的性质对橡胶加工性能的影响

在橡胶密封制品生产中所使用的填充剂系列中，填料的粒径、表面性能和形状等对橡胶的性能有重要影响，表现在混炼、压延、硫化各工艺过程和混炼胶的流变性能上。下面主要以炭黑为典型叙述。

一、填料的性质对混炼的影响

1．炭黑的粒径和结构对混炼的影响

⑴炭黑性质对混炼过程的影响   粒径越细的填料混炼越困难，吃料慢，耗能高，生热高，分散越困难。这是国为粒径小，比表面积大，需要润湿的面积大，在相同的填充体积分数时，越细的填料单位能耗越大。

⑵炭黑性质对混炼胶黏度的影响   混炼胶的流动黏度对加工过程十分重要。一般填料粒子越细、结构度越高、填充量越大、表面活性越高，则混炼胶黏度越高。

炭黑粒径对黏度同样有着重要的影响，粒子越细则胶料黏度越高，因为粒子小，比表面积大，结合橡胶增加。

2．混炼过程中炭黑聚集体的断裂

混炼中炭黑会断裂。用热解方法及溶解方法（特殊处理除去结合胶的影响）从SBR-1500加50份炭黑的混炼胶中分离出炭黑，用电镜和DBP法测定聚集体的形态结构，结果见表1，聚集体的吸油值、投影面积、重均粒数（Np,w）均减少，说明混炼过程中聚集体断裂。

1用数字轮廓法（digitized outline method ）计算的，为聚集体的重均粒数。

3．炭黑及无机填料的分散性

填料在橡胶中的分散过程及分散性检测方法见混炼部分。炭黑与一般无机填料在橡胶中的分散性有本质区别。一般无机填料对于橡胶类有机聚合物的亲合性低于炭黑的亲合性。实践证明，无机填料在橡胶中很难以一次结构形式单个地分散开，而主要是以很多（成百上千）个一次粒子结团在一起的形式存在。所以从本质上说，在通常的混炼条件下它没有能力达到主要以单个一次结构的形式分散在橡胶中的真分散。而在相同条件下炭黑主要以单个聚集体形式分散在胶中，它有能力达到真分散。

4．白炭黑的表面羟基对混炼的影响

⑴SiO₂填料表机羟基含量对混炼的影响   白炭黑和石英粉都是二氧化硅，表面都有硅醇基和硅氧烷基，这些基团易吸附水分。适当的水分可以防止白炭黑粒子间凝聚，橡胶在加工过程中，混炼温度升高，水从硅醇基上脱离，填料与橡胶接触更好。若事先使填料水分脱掉，填料粒子间的羟基会以氢键结合，比较牢固，反而使填料理难于分散，对性能不利。实验表明白炭黑表面的羟基数要适量，过多或过少都不好。

⑵白炭黑补强硅橡胶混炼中的结构控制   白炭黑，特别是气相法白炭黑是硅橡胶{zh0}的补强剂，其补强系数可高达40，但有一个使混炼硬化的问题，一般称为“结构化效应”。其结构化随着胶料停放时间延长而增加，甚至严重到无法返炼、报废的程度。对此有两种解释：一种认为是硅橡胶端基与填料表面羟基缩合；另一种认为是硅橡胶硅氧链节与填料表面羟基形成氢键。

防止结构化有两个途径：其一是混炼时加入某此可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质，如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氨烷等，当使用二苯基硅二醇时，混炼后应在160～200℃

处理0.5～1h，这样就可防止白炭黑填充硅橡胶的结构化；另一途径是预先将白炭黑表面改性，先去掉部分表面羟基，从根本上xx结构化。

   ⑶ZnO在白炭黑胶料混炼时的加药顺序及无ZnO的白炭黑胶料 ZnO在白炭黑胶料混炼中的加入顺序对胶料的性能有很大影响。一般ZnO与小药一起先加，但对白炭黑填充的SBR、NR一般在混炼后期加入，这样可以使压出表面光滑、降低收缩率，有改善硫化速度和改善焦烧倾向的作用，同时会损失一定的撕裂强度。这种作用对IR的影响不如对SBR、NR大。

一般来说，ZnO是硫磺-促进剂硫化体系中必不可少的活性剂。但在SBR中用白炭黑（Hi-Si牌号）40份以上时没有ZnO及其他金属氧化物同样可以获得令人满意的硫化状态，表现出很高的定伸应力和耐磨性，达到了炭黑的水平，特别是要在脂肪酸存在下才有这种结果。

一、填料性质对压延和压出的影响

压延、压出是橡胶加工的重要过程，对于压延、压出来说，最重要的是收缩率（纵向）、膨胀率（横向）要小、表面光滑、棱角畸变小。是否填充、填料性质，特别是形态（炭黑结构性）对其影响很大。

⑴填料的压延效应   一般规律是填料用量多，易压出，炭黑表面活性对压延、压出无明显影响。一般的无机填料因粒子的长轴或粒子的片状沿压出方向取向而引起了压延效应，这使胶片的某些性能会出现各向异性，为区别于大分子链的压延效应，往往也称为粒子效应。

⑵炭黑的性质与压出口型膨胀的关系，橡胶在压出口型时会产生口型膨胀现像，也称Barus效应，发生口型膨胀的原因是橡胶的弹性（记忆）效应。

Cotton用Instron毛细管流变仪测定了口型膨胀率（该试验中令膨胀率B=d/D，d为压出物直径，单位cm；D为口型直径，等于0.2cm）与管壁的剪切力τ_w的关系。

试验确定了在该条件下毛细管长径比大于15时，口型膨胀率表现上与压出温度、速度、相对分子质量分布等无关，只与剪切应力τ_w有比例关系，因为这些因素均可包容在τ_w中。应用这种条件专门研究了炭黑对膨胀的影响。

⑴炭黑表面活性的影响 试验了N220和N219两种炭黑和它们的石墨化产物在SBR中50份条件下的口型膨胀率与τ_w的关系。实践证明表面活性与上温度等压出条件一样对口型膨胀率与剪切应力τ_w成比例关系，没有干扰。

⑵炭黑用量的影响   不同用量的N990炭黑未经体积校正的口型膨胀率B与τ_w的关系，不同用量有各自的曲线，在相同τ_w下，填充量高，口型膨胀率小。炭黑体积分数φ值校正后的关系，均在一条近似直线上。这说明球状的没有结构的N990炭黑用量经φ校正后也和上述的压出条件一样基本上不干扰B和τ_w的关系。