液相法工艺制备橡胶复合材料是近几年橡胶界的热点研究领域,本课题组也做了大量的研究[1-4]。本文通过液相法工艺制备了天然橡胶复合材料,研究了流场中雷诺准数对炭黑在天然橡胶中的分散及填料-橡胶相互作用的影响。图1是不同雷诺准数下炭黑在天然橡胶中分散的SEM照片。在流体力学中,雷诺准数是一个重要参数,用于判别粘性流体流动状态的一个无因次数群。当雷诺准数大于1000-2000时,流场处于完全的湍流状态,当雷诺准数小于100时,流场处于层流状态。如图1中所示,图b中炭黑的尺寸比图c、图d的尺寸都大,这是因为图b中炭黑在天然胶乳中处于层流状态,而图c、图d处于湍流状态。在湍流状态下,流体内部存在大量的漩涡。在混合初期,漩涡的尺寸较大,此时炭黑团聚体的尺寸也较大。随着混合过程的进行,较大的漩涡在湍流拉伸、剪切作用下,通过互换位置进行物质传递混合,能量从大漩涡传递到小漩涡。同时在剪切力的作用下,团聚体进一步变形、分割成更小的微团,直到更小尺度即Kolmogorov尺度的微团。在此尺度上,微团主要通过漩涡的破碎分割和涡流扩散两种途径变成Kolmogorov尺度的微团。通过这两种作用,混合物的不均匀程度降低到漩涡本身的大小。随着微团尺寸的进一步减小,分散在很短的距离内起作用,结果使混合物达到微观混合。雷诺准数越大,剪切作用越大,炭黑分散的尺寸越小。