纳米二氧化硅的添加量对橡胶性能有何影响-百度爱采购

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发布时间：

2025-03-27

当纳米二氧化硅添加量较低时，随着添加量的增加，橡胶的拉伸强度通常会提高。这是因为纳米二氧化硅可以作为补强剂，与橡胶分子链形成物理或化学吸附。例如，在天然橡胶中，纳米二氧化硅添加量从 0 增加到 5 phr（每百份橡胶中的份数）时，拉伸强度可能会逐渐增加。其原因是纳米二氧化硅颗粒与橡胶分子链相互作用，在拉伸过程中能够有效传递和分散应力，阻止橡胶分子链的滑移，从而提高拉伸强度。

拉伸强度：

然而，当添加量超过一定限度（如超过 15 - 20 phr）后，由于纳米二氧化硅颗粒容易团聚，形成应力集中点，反而会导致拉伸强度下降。这些团聚的颗粒不能很好地与橡胶分子链协同工作，在拉伸时容易造成局部的破坏，降低了橡胶的整体拉伸强度。

撕裂强度：

适量添加纳米二氧化硅可以提高橡胶的撕裂强度。在橡胶制品受到撕裂力时，纳米二氧化硅颗粒能够增强橡胶分子链之间的结合力，使橡胶更难被撕裂。例如，在丁腈橡胶中，添加量在 3 - 8 phr 的纳米二氧化硅可以使撕裂强度有明显的提升。这是因为纳米二氧化硅颗粒分布在橡胶基体中，当出现撕裂趋势时，它们能够阻碍撕裂口的扩展，就像在撕裂路径上设置了许多 “障碍物”。

但如果添加量过高，纳米二氧化硅颗粒之间的距离过近，会使橡胶变得过于刚性，缺乏韧性，从而导致撕裂强度下降。同时，过高的添加量也会导致颗粒团聚问题加剧，影响橡胶的整体性能。

硬度和弹性模量：

随着纳米二氧化硅添加量的增加，橡胶的硬度和弹性模量一般会逐渐上升。纳米二氧化硅颗粒在橡胶中起到了填充和增强的作用，使橡胶分子链的运动受到限制。例如，在硅橡胶中，当纳米二氧化硅添加量从 0 增加到 30 phr 时，橡胶的硬度会明显增加。这是因为纳米二氧化硅的加入使橡胶的分子链间距减小，分子链之间的相互作用力增强，从而使橡胶变得更硬，弹性模量也相应提高。

不过，过高的硬度和弹性模量可能并不适合所有的橡胶应用场景。例如，在一些需要柔软橡胶的地方，如橡胶手套，如果纳米二氧化硅添加量过多，会使手套变得过硬，影响使用的舒适性。

耐磨性方面

适当添加纳米二氧化硅可以显著提高橡胶的耐磨性能。纳米二氧化硅颗粒在橡胶基体中能够形成耐磨结构，在橡胶表面受到摩擦时，这些颗粒承受部分摩擦力，减少橡胶基体的磨损。例如，在轮胎胎面胶中，添加量在 10 - 20 phr 的纳米二氧化硅可以有效提高轮胎的耐磨性能。随着添加量的进一步增加，耐磨性能可能会继续提高，但如果添加量过高（如超过 30 phr），由于纳米二氧化硅颗粒可能会团聚，导致橡胶表面的耐磨性不均匀，反而会影响整体的耐磨效果。

加工性能方面

在橡胶的混炼过程中，适量的纳米二氧化硅可以改善胶料的流动性和分散性。当添加量较低时（如 1 - 5 phr），纳米二氧化硅能够均匀地分散在橡胶基体中，使胶料的加工性能更加均匀。这有助于橡胶在后续的成型加工过程中，如挤出、硫化等工艺更容易操作。

然而，当添加量过高时，纳米二氧化硅会使胶料的粘度增加，流动性变差。这是因为过多的纳米二氧化硅颗粒相互作用，增加了胶料的内摩擦力。例如，在橡胶密封件的加工过程中，如果纳米二氧化硅添加量过多，胶料在模具中填充困难，容易出现缺料等加工问题，同时也会影响硫化过程中橡胶的交联均匀性。

抗老化性能方面

适量添加纳米二氧化硅可以提高橡胶的抗老化性能。如前面所述，纳米二氧化硅可以吸收和散射紫外线、捕捉自由基以及阻隔氧气和臭氧。当添加量在合理范围内（如 3 - 10 phr）时，这些抗老化作用能够有效发挥，延缓橡胶的老化过程。

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