Rubber Reinforcement with Particulate Fillers（粒状填料对橡胶的补强）

图书标准信息

• 作者 迈克尔·莫里斯 著；王梦蛟
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2021-04
• 版次 1
• ISBN 9787122383013
• 定价 498.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 589页
• 字数 901千字

【内容简介】

本书是主要阐述粒状填料对橡胶补强的学术专著。填料对橡胶补强是橡胶工业中应用*为广泛的技术之一，99%以上的橡胶制品均含填料，而炭黑和二氧化硅（白炭黑）是常用的填料。目前填料的研究和开发已成为橡胶科技研究中*活跃的领域。
  本书除简单介绍填料的制作过程外，着重详细说明填料的微观结构、基本性质及它们表征的原理和方法。在此基础上，本书从理论上阐述了填料在橡胶中的各种效应及这些效应是如何影响填充橡胶的加工性能、硫化胶在溶剂中的溶胀行为和物理机械性能，诸如静态及动态应力-应变特性及破坏特性，并从机理上论述了上述硫化胶性能与橡胶制品，尤其是轮胎的*终使用性能之间的关系。
  本书对于橡胶行业的工程师和产品开发人员，以及从事橡胶研究的技术人员、教师和学生是很好的参考资料。

【作者简介】

王梦蛟，国家橡胶与轮胎工程技术研究中心任首席科学家，怡维怡橡胶研究院院长。美国卡博特公司前首席科学家。1984年，于法国国家科学研究中心（CNRS）获得博士学位。曽任职于原化工部北京橡胶工业研究设计院、美国阿克隆大学、德国橡胶工业研究院（DIK）、德国Degussa公司。

王梦蛟在橡胶行业耕耘至今已达56年。发表科学论文共140余篇，获得55个美国和中国的授权专利及其相应的24个PCT专利。曾参与了《Carbon Black：Science and Technology》等10本专业书的章节编写，主译了5本橡胶专业书籍。曾担任美国Rubber Chemistry and Technology杂志编委。

Michael Morris现任美国卡博特公司高级科学家。1985年于南安普顿大学获博士学位。先后任职于英国马来西亚橡胶生产者研究协会（MRPRA）、马来西亚橡胶研究院。1996年加入卡博特公司后，主要从事气相法白炭黑、炭黑在橡胶中的补强研究。

Morris博士已发表18篇论文，参与两本书的编写，获得12个美国授权专利和很多对应的PCT专利。

 

【目录】

Preface                 Ⅰ

About the Authors                Ⅲ

1. Manufacture of Fillers            1

1.1 Manufacture of Carbon Black            3

1.1.1 Mechanisms of Carbon Black Formation        3

1.1.2 Manufacturing Process of Carbon Black          6

1.1.2.1 Oil-Furnace Process            6

1.1.2.2 The Thermal Black Process              10

1.1.2.3 Acetylene Black Process               11

1.1.2.4 Lampblack Process            11

1.1.2.5 Impingement (Channel, Roller) Black Process         12

1.1.2.6 Recycle Blacks               12

1.1.2.7 Surface Modification of Carbon Blacks             13

1.1.2.7.1 Attachments of the Aromatic Ring Nucleus to Carbon Black            13

1.1.2.7.2 Attachments to the Aromatic Ring Structure through Oxidized Groups                  13

1.1.2.7.3 Metal Oxide Treatment              14

1.2 Manufacture of Silica                 14

1.2.1 Mechanisms of Precipitated Silica Formation           15

1.2.2 Manufacturing Process of Precipitated Silica             16

1.2.3 Mechanisms of Fumed Silica Formation        18

1.2.4 Manufacture Process of Fumed Silica          18

References                      19

2. Characterization of Fillers               22

2.1 Chemical Composition               23

2.1.1 Carbon Black                   23

2.1.2 Silica                 25

2.2 Micro-Structure of Fillers               27

2.2.1 Carbon Black                   27

2.2.2 Silica                 29

2.3 Filler Morphologies                   29

2.3.1 Primary Particles-Surface Area              29

2.3.1.1 Transmission Electron Microscope (TEM)          30

2.3.1.2 Gas Phase Adsorptions                34

2.3.1.2.1 Total Surface Area Measured by Nitrogen Adsorption-BET/NSA            35

2.3.1.2.2 External Surface Area Measured by Nitrogen Adsorption-STSA               41

2.3.1.2.3 Micro-Pore Size Distribution Measured by Nitrogen Adsorption               46

2.3.1.3 Liquid Phase Adsorptions                51

2.3.1.3.1 Iodine Adsorptions                52

2.3.1.3.2 Adsorption of Large Molecules              56

2.3.2 Structure-Aggregate Size and Shape            61

2.3.2.1 Transmission Electron Microscopy        62

2.3.2.2 Disc Centrifuge Photosedimentometer             66

2.3.2.3 Void Volume Measurement              68

2.3.2.3.1 Oil Absorption             69

2.3.2.3.2 Compressed Volume                75

2.3.2.3.3 Mercury Porosimetry                80

2.3.3 Tinting Strength                 83

2.4 Filler Surface Characteristics             92

2.4.1 Characterization of Surface Chemistry of Filler-Surface Groups      92

2.4.2 Characterization of Physical Chemistry of Filler Surface-Surface Energy            93

2.4.2.1 Contact Angle               98

2.4.2.1.1 Single Liquid Phase               98

2.4.2.1.2 Dual Liquid Phases              102

2.4.2.2 Heat of Immersion             106

2.4.2.3 Inverse Gas Chromatograph            111

2.4.2.3.1 Principle of Measuring Filler Surface Energy with IGC      111

2.4.2.3.2 Adsorption at Infinite Dilution              112

2.4.2.3.3 Adsorption at Finite Concentration           118

2.4.2.3.4 Surface Energy of the Fillers        123

2.4.2.3.5 Estimation of Rubber-Filler Interaction from Adsorption Energy of Elastomer Analogs        139

2.4.2.4 Bound Rubber Measurement           142

References                    143

3. Effect of Fillers in Rubber              153

3.1 Hydrodynamic Effect ? Strain Amplification              153

3.2 Interfacial Interaction between Filler and Polymer           155

3.2.1 Bound Rubber                 155

3.2.2 Rubber Shell                   159

3.3 Occlusion of Rubber                161

3.4 Filler Agglomeration                163

3.4.1 Observations of Filler Agglomeration          163

3.4.2 Modes of Filler Agglomeration              164

3.4.3 Thermodynamics of Filler Agglomeration             167

3.4.4 Kinetics of Filler Agglomeration            170

References                    173

4. Filler Dispersion              177

4.1 Basic Concept of Filler Dispersion               177

4.2 Parameters Influencing Filler Dispersion           179

4.3 Liquid Phase Mixing                  187

References                      191

5. Effect of Fillers on the Properties of Uncured Compounds     193

5.1 Bound Rubber                    193

5.1.1 Significance of Bound Rubber            194

5.1.2 Measurement of Bound Rubber           195

5.1.3 Nature of Bound Rubber Attachment        197

5.1.4 Polymer Mobility in Bound Rubber          202

5.1.5 Polymer Effects on Bound Rubber          203

5.1.5.1 Molecular Weight Effects            203

5.1.5.2 Polymer Chemistry Effects           203

5.1.6 Effect of Filler on Bound Rubber            204

5.1.6.1 Surface Area and Structure           204

5.1.6.2 Specific Surface Activity of Carbon Blacks       206

5.1.6.3 Effect of Surface Characteristics on Bound Rubber          210

5.1.6.4 Carbon Black Surface Modification             211

5.1.6.5 Silica Surface Modification           215

5.1.7 Effect of Mixing Conditions on Bound Rubber         215

5.1.7.1 Temperature and Time of Mixing              216

5.1.7.2 Mixing Sequence Effect of Rubber Ingredients     218

5.1.7.2.1 Mixing Sequence of Oil and Other Additives          219

5.1.7.2.2 Mixing Sequence of Sulfur, Sulfur Donor, and Other Crosslinkers              221

5.1.7.2.3 Bound Rubber of Silica Compounds         222

5.1.7.3 Bound Rubber in Wet Masterbatches           223

5.1.7.4 Bound Rubber of Fumed Silica-Filled Silicone Rubber      225

5.2 Viscosity of Filled Compounds               227

5.2.1 Factors Influencing Viscosity of the Carbon Black-Filled Compounds                   227

5.2.2 Master Curve of Viscosity vs. Effective Volume of Carbon Blacks                230

5.2.3 Viscosity of Silica Compounds            233

5.2.4 Viscosity Growth ? Storage Hardening             238

5.3 Die Swell and Surface Appearance of the Extrudate         241

5.3.1 Die Swell of Carbon Black Compounds             241

5.3.2 Die Swell of Silica Compounds           246

5.3.3 Extrudate Appearance                  247

5.4 Green Strength                     249

5.4.1 Effect of Polymers               249

5.4.2 Effect of Filler Properties                252

References                    255

6. Effect of Fillers on the Properties of Vulcanizates    263

6.1 Swelling                 263

6.2 Stress-Strain Behavior               271

6.2.1 Low Strain                   271

6.2.2 Hardness                    274

6.2.3 Medium and High Strains-The Strain Dependence of Modulus                    275

6.3 Strain-Energy Loss-Stress-Softening Effect             279

6.3.1 Mechanisms of Stress-Softening Effect             282

6.3.1.1 Gum                    282

6.3.1.2 Filled Vulcanizates                  283

6.3.1.3 Recovery of Stress Softening          287

6.3.2 Effect of Fillers on Stress Softening        288

6.3.2.1 Carbon Blacks             288

6.3.2.1.1 Effect of Loading               288

6.3.2.1.2 Effect of Surface Area            289

6.3.2.1.3 Effect of Structure                290

6.3.2.2 Precipitated Silica                  290

6.4 Fracture Properties                 295

6.4.1 Crack Initiation                295

6.4.2 Tearing                     296

6.4.2.1 State of Tearing            296

6.4.2.1.1 Effect of Filler                  301

6.4.2.1.2 Effect of Polymer Crystallizability and Network Structure                302

6.4.2.2 Tearing Energy             306

6.4.2.2.1 Effect of Filler                  306

6.4.2.2.2 Effect of Polymer Crystallizability and Network Structure                307

6.4.3 Tensile Strength and Elongation at Break             315

6.4.4 Fatigue                318

References                    321

7. Effect of Fillers on the Dynamic Properties of Vulcanizates                  329

7.1 Dynamic Properties of Vulcanizates            329

7.2 Dynamic Properties of Filled Vulcanizates              332

7.2.1 Strain Amplitude Dependence of Elastic Modulus of Filled Rubber                 332

7.2.2 Strain Amplitude Dependence of Viscous Modulus of Filled Rubber                 340

7.2.3 Strain Amplitude Dependence of Loss Tangent of Filled Rubber                 343

7.2.4 Hysteresis Mechanisms of Filled Rubber Concerning Different Modes of Filler Agglomeration       348

7.2.5 Temperature Dependence of Dynamic Properties of Filled Vulcanizates             350

7.3 Dynamic Stress Softening Effect              354

7.3.1 Stress-Softening Effect of Filled Rubbers Measured with Mode 2                   355

7.3.2 Effect of Temperature on Dynamic Stress-Softening     359

7.3.3 Effect of Frequency on Dynamic Stress-Softening       360

7.3.4 Stress-Softening Effect of Filled Rubbers Measured with Mode 3                     362

7.3.5 Effect of Filler Characteristics on Dynamic Stress-Softening and Hysteresis           369

7.3.6 Dynamic Stress-Softening of Silica Compounds Produced by Liquid Phase Mixing          371

7.4 Time-Temperature Superposition of Dynamic Properties of Filled Vulcanizates                376

7.5 Heat Build-up                    385

7.6 Resilience                387

References                    389

8. Rubber Reinforcement Related to Tire Performance        394

8.1 Rolling Resistance                   394

8.1.1 Mechanisms of Rolling Resistance-Relationship between Rolling Resistance and Hysteresis     394

8.1.2 Effect of Filler on Temperature Dependence of Dynamic Properties             396

8.1.2.1 Effect of Filler Loading               396

8.1.2.2 Effect of Filler Morphology            397

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