各種橡膠制品能滿足各個產業眾多方面的苛刻要求，離不開活性填料對于橡膠制品的補強作用。加入填料可使橡膠制品的力學性能，包括拉伸強度、撕裂強度、耐磨性、硬度、定伸應力等得到明顯提高。與此同時，也會引起橡膠制品動態機械性能的顯著變化。

加入填料在對橡膠基體起到補強作用的同時，也會引起填充橡膠動態機械性能非線性的變化，例如高的滯后損失，應力軟化效應，Payne效應。Payne效應：填料-填料間的相互作用。

RPA橡膠加工分析儀的功能

應變掃描

-評估炭黑分散性

-測量填料相互作用 (Payne effect)

-高應變震蕩剪切

無論是炭黑還是白炭黑，當填料用量超過其臨界用量時或分散不好時，膠料中形成填料網絡。由于被填料包埋的橡膠很難參與形變，填料的有效體積分數增大，因此膠料的模量較高。且填料份數越高, 這種效應越明顯。利用RPA橡膠加工分析儀對膠料進行應變掃描，在高應變振幅下填料網絡遭到破壞，包埋橡膠被釋放，填料的有效體積分數降低，導致膠料的模量明顯下降。填充膠低應變振幅時的G'max與高應變振幅時的 G'min的差值可以表征佩恩效應。

Payne效應，實質上是指填充橡膠的動態機械性能對于小形變下 的非線性響應具體說，在橡膠加工分析儀RPA的動態機械性能測試中，當填充橡膠試樣受到 連續正弦變化的剪切應變時，其儲能模量（Ｇ′）在應變振幅0.1％附近產生突變，并隨應變增大而急劇下降，其損耗模量（Ｇ″）在相應應變值附近 出現Z大值；當應變振幅增大到約15％時，Ｇ′不 再依賴于應變。

從圖3可以看出，當應變大于1%時，混煉膠的G'隨應變的增大迅速減小。應變開始前后對應的G'之差(△G')表示Payne效應，Payne效應是由混煉膠微觀結構的變化引起的。當△G'很小時，Payne 效應不顯著。低Payne效應表明填料在橡膠基體中的分散性良好。對比3種混煉膠的△G'，白炭黑/GO/NR混煉膠Z大，改性白炭黑-1/GO/NR混煉膠次之，改性白炭黑-2/GO/NR混煉膠Z小，說明這3種混煉膠內部填料分散性順序提高。

綜上所述，用Payne效應來評價填料在聚合物體系內分散性的優劣，反映填料粒子間或填料與聚合物基體間 相互作用的強弱，已達成了普遍的共識。

填充橡膠無論是混煉膠還是硫化膠狀態， 在橡膠加工分析儀RPA動態應變的過程中，其內部結構變化是及其復雜的過程，填料－填料和填料－橡膠相互作用不僅相互競爭而且相互影響。降低填料－填料相互作用有利于分散，提高填料－橡膠相互作用則有利于補強。

引用：劉濤，陳亞薇，劉東，杜愛華填充橡膠的Payne效應，橡塑材料與工程教育部重點實驗室 266042

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