结合橡胶也称为炭黑凝胶,指未硫化混炼胶在填料(炭黑)表面上不能被良溶剂溶解的那部分橡胶。实质上是填料表面上吸附的橡胶,也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶,具有类似玻璃态的特点。结合橡胶多则补强性强,所以结合橡胶是衡量炭黑补强能力的标尺。
结合橡胶是如何形成的
结合橡胶通常指补强剂（炭黑、白炭黑等）与生胶混炼时生成的不溶于苯或甲苯（或其他良溶剂，因为苯对橡胶的溶解性最好，故以它作代表）的那部分橡胶。
结合橡胶本质上是吸附在填料表面上的橡胶，也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。通常采用结合橡胶来衡量炭黑和橡胶之间相互作用力的大小，结合橡胶多则补强性高，所以结合橡胶通常被看作衡量炭黑补强能力的重要指标。结合橡胶的测试也可用作表征填料表面活性的测试手段。
结合橡胶的形成主要通过一下两个方面：
一是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合，或者橡胶在加工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离子与炭黑结合，发生化学吸附，这是生成结合橡胶的主要原因。
二是橡胶大分子链在炭黑粒子表面上的物理吸附，这些物理吸附的力大于良溶剂的溶解力。要知道，要同时解脱所有被炭黑吸附的橡胶大分子链并非易事，只要有少量的吸附点未能脱附继续存在，就可能使整个橡胶分子链保留在填料表面成为结合橡胶。
结合橡胶是填料表面对橡胶的吸附产生的,所以任何影响这种吸附的因素均会影响结合橡胶,其因素是多方面的。
①炭黑比表面积的影响结合胶几乎与填料的比表面积成正比增加,随比表面积增大,与橡胶形成的界面积增大(当分散程度相同情况下),吸附表面积增大,吸附量增大,即结合橡胶增加。
②混炼薄通次数的影响在天然橡胶中结合胶约在薄通10次时为最高,以后有些下降,约在30次后趋于平稳。开始的增加是由于混炼增加了分散性,增加湿润的作用,同时也增加了大分子的断链。天然橡胶是一种很容易产生氧化降解的物质,那些只有二点吸附的大分子链的自由链部分可能存在于玻璃态层及亚玻璃层外面。这部分橡胶分子链薄通时同样会产生力学断链及氧化断链这种断链可能切断了吸附点的连接,这样就会使结合胶量下降氯丁橡胶、丁苯橡胶和丁基橡胶随薄通次数的变化如下:结合胶随薄通次数增加而增加,大约到30次后趋于平衡。
③温度的影响混好的试样放在不同温度下保持一定时间后测结合橡胶量,随处理温度升高,即吸附温度提高,结合胶量提高,这种现象和吸附规律是一致的。
与上述现象相反,混炼温度对结合胶的影响却是混炼温度越高则结合胶越少。这可能是因为温度升高,橡胶变得柔软而不易被机械力破坏断链形成大分子自由基,炭黑在这样柔软的橡胶环境中也不易产生断链形成自由基,因此在高温炼胶时形成的结合胶比低温炼胶时的少。
④橡胶分子量的影响随橡胶分子量增加,结合胶增加。这是因为一个分子可能只有一、二点被吸附住,但这时它的其余链部分都是结合胶,所以分子量大,结合胶就多。
⑤停放时间的影响混炼后随停放时间增加,结合胶量增加,大约一周后趋于平衡。因为固体填料对橡胶大分子的吸附不像对气体或小分子吸附那么容易。另外化学吸附部分较慢,也需要一定时间。这也是胶料混炼需要停放的原因之一。
⑥炭黑中氢含量的影响(表面活性)表面活性越高,炭黑与橡胶之间的吸附作用越大,因而结合胶量越多。
结合橡胶如何影响制品性能
混炼胶的加工性能和硫化后橡胶的很多物理性能都和结合橡胶有关。例如挤出时的口型膨胀，大家谈论最多的磨耗性能、生热性能、以及撕裂性能等。
尤其是关于结合橡胶和橡胶磨耗性能的报道相对较多。总体上讲，结合橡胶越多有利于提升磨耗指数，同时有利于降低橡胶的生热。但结合橡胶的数量与这些性能往往不是简单的线性关系。特别是在结合橡胶数量与其它性能的关联性上，根据配方不同可能得到截然不同的结论。
另外，关于结合橡胶的种类的影响，行业内也没有统一的认识。但测试结合橡胶的意义在于，它虽然不直接和橡胶制品的使用性能相关，却与一些材料的基本性能密切相关，例如对应变放大效应的影响，对应力软化效应的影响，对橡胶分子链滑移的影响，以及对橡胶分子缠绕程度的影响。
通过研究结合橡胶对这些材料的基本性能的影响，就可以对这些基本性能如何影响橡胶制品的最终使用性能有更加清晰的认识。
原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_543834.html
来源：贤集网
