结合橡胶作为产品生命周期优化的手段
作者
阿尔法科技
填料在聚合物复合材料中可发挥多种功能。填料可改善材料的性能特性，如强度或耐久性，或改善加工性能，如流动性。此外，制造商还可使用填料来降低生产成本。
制造商还可以策略性地利用填料来延长产品的生命周期。例如，在输送带胶料中添加某些类型的炭黑，可增加胶料中结合橡胶含量。结合橡胶是填料与聚合物链之间的微观相互作用，能在橡胶复合材料中形成刚性的三维网络。
了解结合橡胶含量是预测产品性能和生命周期的关键。然而，精确性非常关键。对结合橡胶含量的不准确评估会导致橡胶配方不理想，进而引发产品性能问题，包括：
- 过早老化。结合橡胶含量过高会导致过度的填料 – 橡胶相互作用，从而增加热量产生。过多的热量会加速热老化和产品磨损，缩短产品或材料的使用寿命。
- 不可预测的失效。结合橡胶含量不足会降低材料的硬度、撕裂强度和耐磨性，使产品在某些使用环境中易受损坏并提前失效。
实现结合橡胶含量量化的准确性和高效性
量化聚合物复合材料中结合橡胶含量的最便捷方法是使用橡胶加工分析仪（RPA）。与溶剂萃取法相比，RPA 速度更快且不易弄脏操作环境，并能更深入地揭示结合橡胶含量对产品性能和生命周期的影响。
Alpha Technologies 最近利用 Premier RPA 的数据开展了一项关于结合橡胶含量与橡胶产品生命周期预测关系的研究。该研究揭示了几个关键的相关性，为产品性能提供了深刻的见解。
Premier RPA 通过测量动态特性（如储能模量和滞后损耗）来推断结合橡胶在填料-橡胶网络中的作用。例如，高结构炭黑与储能模量升高相关，表明填料与橡胶之间的结合力强。此外，应变扫描还能揭示结合橡胶如何稳定复合材料中的填料网络，从而降低滞后损耗和Payne效应。
Premier RPA还可用于预测橡胶产品（如轮胎）的长期性能。例如，温度扫描可将 tan δ（衡量储存期间热耗散和弹性变形的指标）与温度相关行为联系起来。某些类型的炭黑填料在高温下能保持较低的 tan δ 值，从而减少轮胎因高温引起的过早老化。
此外，Premier RPA 还可生成滞后曲线来量化耗散的能量，该能量与生热呈线性相关。这可以更精确地预测热降解，对于理解产品生命周期至关重要。
对结合橡胶含量的深入了解为制造商提供了必要的数据，使其能够在开发橡胶配方时，就性能权衡做出战略决策。例如，Alpha Technologies 发现，在一种特定的胶料中，将炭黑填充量从 70 phr 降低到 60 phr，可减少热量积累，同时不影响复合材料的湿地抓地力和滚动阻力。
Premier RPA在产品使用寿命优化上的实际应用
橡胶含量来延长产品生命周期提供所需的数据。具体实例包括：
- 轮胎: 优化胎面胶料中的结合橡胶含量可减少胎面磨损，延长轮胎使用寿命。
- 汽车零部件：通过使用 RPA 调整结合橡胶含量，制造商可制造出具有稳定动态特性的发动机支架，能够承受振动而不开裂。此外，制造商还可控制结合橡胶含量，以减少密封件和垫片中因热量引起的硬化，从而使产品在更长时间内保持更好的柔韧性。
- 工业橡胶零部件：用适量结合橡胶制成的输送带复合材料可平衡耐磨性和热量产生。优化减震器中的结合橡胶含量可防止填料网络破裂，从而确保在数百万次循环中保持一致的减震性能。
这些实例均来自 Alpha Technologies 使用 Premier RPA 进行的全面结合橡胶研究。支持上述观察结果的数据可在完整的研究报告中查阅，该报告可下载 >
Who is Siméon Denis Poisson?
The Baron Siméon Denis Poisson was a French mathematician, engineer and physicist who is credited with many scientific advances in a wide range of disciplines including electricity and magnetism, optics, mechanics and thermodynamics. He began publishing scientific papers at the age of 19, while still a student at the École Polytechnique in Paris. Poisson’s ratio is used to calculate the correlation between testing with a Dynamic Mechanical Analyzer and testing under similar conditions with Alpha’s Premier RPA. The rheology scientists and engineers at Alpha Technologies are always raising the bar for testing that makes a difference in the rubber and polymer world. And they know stuff.
