粘土对橡胶拉伸应变诱导结晶行为的影响及其作用机理研究

Strain-induced crystallization (SIC) of rubber at high levels of extension is very important to improve its physical-mechanical properties, it belongs to a “reinforcing by itself” phenomenon. How to achieve the ideal dispersion state of clay layers in rubber matrix, and keep clay platelets parallel to the surface of rubber matrix, it is key to get earlier onset of crystallization of the rubber chains in lower strain, by using rigid clay lamella structure to promote flexible rubber molecules grid structure orientation during stretching process. In this project, SIC of rubber and mechanism as influenced in the presence of nano-OC particles are investigated. A real time spectral birefringence technique and Wide Angle X-ray Diffraction was implemented to follow orientation behavior of rubber chains, which affected by different outfield factors (such as stretching rate, stretch ratio, retraction, cycle, environment temperature and so on), and to clarify corresponding relationship of material structure and performance. All these results is highly desirable in guiding exploitation and applications in a new type rubber/clay nanocomposites, as it enhances strength and tear resistance, and dynamic performance involve high levels of deformation by orientation induced crystallization.

橡胶在高伸长下的拉伸结晶对于其物理机械性能的提高是非常重要和有意义的，它属于一种“自补强”现象。如何实现粘土片层在橡胶基体中的单片层分散，并利用其平行排列于橡胶基体表面的刚性片层结构促进柔性橡胶分子网格结构在外力作用下取向，成为橡胶基体拉伸应变诱导结晶在低应变下快速实现的技术关键。本课题重点研究粘土对拉伸结晶型橡胶应变诱导结晶的影响及其作用机理。并采用实时、同步测试橡胶/粘土纳米复合材料的拉伸结晶行为、拉伸结晶度及力学性能与外场因素（如拉伸速率、拉伸比、松弛、循环、环境温度等）之间的依赖关系，旨在建立材料结构与性能之间对应关系，用来指导具有高强度、优异动态使用性能（高形变条件下）橡胶新材料的开发与应用。

橡胶在高伸长下的拉伸结晶对于其物理机械性能的提高是非常重要和有意义的，它属于一种“自补强”现象。.本项目重点研究了粘土（含量及类型）对拉伸结晶型橡胶（天然橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶）应变诱导结晶的影响及其作用机理，采用实时、同步测试橡胶/粘土纳米复合材料的拉伸结晶行为、物理性能与外场因素（如拉伸速率、拉伸比、松弛、循环次数、预拉伸倍率等）之间的依赖关系，建立了材料结构与性能之间对应关系。.项目研究表明：橡胶拉伸诱导结晶行为受外场因素和粘土含量及类型，以及橡胶的结构因素影响。这是因为橡胶的结晶区域在缠结或交联所在的局部“受力”区域形成，分子的取向效率在化学和物理网络连接点附近更高，较高的局部应力引起的交联和链缠结导致的。将粘土纳米片引入橡胶基体后，粘土纳米片进一步抑制了分子链的迁移和松弛，因此还充当了局部应力集中的附加结点（缠结或交联），进一步增加了网络密度，导致取向结晶相形成的比例增加。另外，随着OC含量的增加，橡胶/粘土纳米复合材料在相同的应变下承受更高的应力，同时具有较高OC含量的橡胶基体，更多的橡胶-填料键会增加网络结点密度，从而使结点之间的橡胶链段长度更短，在拉伸过程中更容易达到其自然伸长的极限。.本项目的顺利实施与完成，对单轴拉伸结晶型橡胶物理机械性能的提高（自补强）具有重要指导意义，进而对获得高强度、高动态使用寿命（如汽车轮胎，桥梁橡胶支座能承受桥跨结构因载荷作用所发生的端部水平变位等变形）、工业化应用前景较强的新型弹性体材料及其推广应用提供科学依据和理论指导作用。