胎面橡膠復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)—黏彈性—使用性能關(guān)系的研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)汽車安全，節(jié)能，耐久，舒適度的更高要求對(duì)車輛上唯一的接地部件——輪胎提出了新的挑戰(zhàn)。由此，歐洲制定了相應(yīng)的輪胎標(biāo)簽法規(guī)——EC1222/2009，該法規(guī)指出在歐洲市場(chǎng)上銷售的輪胎，具體包括轎車，輕型卡車以及公共汽車輪胎需要加貼等級(jí)標(biāo)簽，進(jìn)而標(biāo)識(shí)出具體的燃油效率，濕滑路面的抓著力以及滾動(dòng)噪聲等性能指標(biāo)，通過這一法規(guī)的強(qiáng)制實(shí)施來促進(jìn)汽車能源消耗的降低。輪胎的抗?jié)窕阅?，滾動(dòng)阻力以及耐磨性能（這三項(xiàng)性能常被稱

2、作輪胎性能的“魔法三角”）的改善與胎面材料的選擇，配方的設(shè)計(jì)及制備工藝的調(diào)整密切相關(guān)。眾所周知，胎面材料的諸多性能可以通過其黏彈性間接表征，而橡膠復(fù)合材料的黏彈特性歸根結(jié)底又是填料-橡膠相互作用以及填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的具體反映。因此，通過對(duì)胎面橡膠材料微觀結(jié)構(gòu)-黏彈性-使用性能關(guān)系的研究，揭示影響橡膠材料使用性能的內(nèi)在機(jī)理并探索平衡輪胎“魔法三角”性能的方案是本論文的主要研究方向。
　　 論文第一部分（論文第三，四，五章）比較了炭黑(

3、CB)，白炭黑(Silica)以及雙相填料(CSDPF)填充不同牌號(hào)丁苯橡膠(SBR)制備復(fù)合材料的物理機(jī)械性能，磨耗性能，滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕阅艿牟町?。通過結(jié)合膠含量測(cè)試，差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)試以及低場(chǎng)核磁共振交聯(lián)密度儀(NMR)測(cè)試對(duì)復(fù)合材料中的橡膠-填料相互作用進(jìn)行了考察，使用橡膠加工分析儀(RPA)和動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析儀(DMTA)對(duì)橡膠材料的填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及動(dòng)態(tài)黏彈特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，Silica填充橡膠復(fù)合材料具有較高

4、結(jié)合膠含量，而CB表面的橡膠分子鏈活動(dòng)性較弱，即CB與橡膠之間具有更強(qiáng)的相互作用。CSDPF填充橡膠較弱的填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有最高的tanδ峰值以及橡膠態(tài)下最低的儲(chǔ)能模量。通過不同膠料物理性能的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，與CB填充SBR相比，經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑原位改性處理的Silica填充硫化膠具有較高的300％定伸應(yīng)力，較低的扯斷伸長(zhǎng)率，較優(yōu)異的抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力性能，但是其耐磨和抗切割性能較差。
　　 通過乳液共沉法(LCM)制備的粘土

5、/橡膠復(fù)合材料不僅具有較好的力學(xué)性能，其良好的抗疲勞及氣體阻隔性能使其成為一種具有開發(fā)潛力的橡膠填料。
　　 論文的第二部分（論文第六章）比較了少量粘土替代CB或者Silica填充SBR復(fù)合材料各項(xiàng)性能的差異。在50份CB填充的SBR橡膠復(fù)合材料中添加少量粘土后，材料的抗切割性能會(huì)提高30％以上。由于粘土的加入增強(qiáng)了填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，粘土/CB復(fù)合材料的阿克隆磨耗量以及滯后生熱均有所增加。對(duì)于材料抗切割性能提高的內(nèi)在原因，我們推

6、斷主要來源于粘土片層結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠破壞過程中“裂紋擴(kuò)展”的阻礙作用以及滯后生熱的增加使材料所受沖擊能有效轉(zhuǎn)化為熱能耗散，減少了材料破壞的出現(xiàn)。在Silica填充橡膠中添加少量的粘土后，材料的Payne效應(yīng)有所下降，說明粘土在橡膠中的聚集效應(yīng)要弱于Silica在橡膠中的聚集效應(yīng)。添加粘土后復(fù)合材料的物理機(jī)械性能變化不大，但是阿克隆磨耗和抗切割性能均有所降低，同時(shí)壓縮疲勞溫升有所增加。由此說明，在Silica填充橡膠中添加粘土并不能很好的改善S

7、ilica填充膠的綜合性能。
　　 論文第三部分（論文第七章）通過對(duì)CB填充SBR，異戊橡膠（IR），順丁橡膠(BR)和集成橡膠(SIBR)復(fù)合材料的阿克隆磨耗性能比較發(fā)現(xiàn)，幾種橡膠復(fù)合材料耐磨性能的優(yōu)劣順序?yàn)锽R-CB＞SIBR-CB＞SBR-CB＞IR-CB。與此同時(shí)，我們使用凝膠滲透色譜(GPC)，結(jié)合膠測(cè)試，熱重分析儀(TGA)對(duì)四種橡膠的分子量及其分布，填料-橡膠相互作用以及耐熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，填充后的IR

8、混煉膠中大量存在的分子量約為1萬的小分子組分是導(dǎo)致IR-CB磨耗性能最差的主要原因。而對(duì)于機(jī)械混煉后分子量降低程度較小的BR，SBR以及SIBR而言，磨耗性能的優(yōu)劣順序與填料-橡膠相互作用的強(qiáng)弱保持了很好的一致性。
　　 由于在阿克隆磨耗測(cè)試條件下，橡膠很難達(dá)到熱分解溫度，因此硫化橡膠的耐磨性能與其耐熱穩(wěn)定性關(guān)系不大;而“擁有較低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)值的橡膠通常會(huì)具有較好耐磨性能”這一結(jié)論僅對(duì)BR-CB膠料適用，與其他膠種的相