白炭黑原位改性NR的結(jié)構(gòu)及其性能研究.pdf

1、為了解決白炭黑在橡膠基體中的難分散、不穩(wěn)定和相容性差等難題,克服橡膠表面改性存在的種種弊端,本文采用Si69原位改性白炭黑增強(qiáng)天然橡膠,并通過(guò)紅外、熱重、元素分析儀和橡膠加工分析儀等對(duì)原位反應(yīng)的過(guò)程和機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)的探討,提出了可能的反應(yīng)模型。同時(shí)對(duì)材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、微觀形態(tài)以及結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。
　　DSC實(shí)驗(yàn)顯示,Si69和NR的混合物在140~175℃之間出現(xiàn)了明顯的放熱峰,同時(shí)硫化儀的150℃扭矩圖顯示混合物出現(xiàn)

2、了硫化過(guò)程典型的反應(yīng)期,扭矩先上升并趨于平緩,這是因?yàn)?Si69的碳硫鍵發(fā)生斷裂,形成了活潑自由基參與橡膠分子鏈的雙鍵進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng);FTIR圖譜顯示,白炭黑和偶聯(lián)劑原位反應(yīng)產(chǎn)物出現(xiàn)了來(lái)自于Si69的碳?xì)滏I有機(jī)峰,ARES分析顯示加入Si69的白炭黑填充膠Payne效應(yīng)減弱,說(shuō)明白炭黑的硅醇基和硅烷的乙氧基發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),使得白炭黑在橡膠基體中的網(wǎng)絡(luò)化程度低,對(duì)加工有力;綜合TGA和ATR分析發(fā)現(xiàn),Si69可以通過(guò)化學(xué)鍵將白炭黑和天然橡膠

3、接枝在一起,起到橋接作用。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,提出了原位改性反應(yīng)較為合理的反應(yīng)模型。
　　通過(guò)結(jié)合橡膠、Kraus曲線分析、SEM和AFM等實(shí)驗(yàn)研究了聚合物和填料之間的相互作用。原位改性后,結(jié)合橡膠的含量明顯提高;Kraus曲線顯示,原位改性后的填料和聚合物之間相互作用力明顯增強(qiáng);SEM圖像顯示,原位改性的白炭黑以納米級(jí)別均勻分散在橡膠基體中;從AFM圖中可以看到白炭黑分散粒徑均為39nm左右。這些實(shí)驗(yàn)都說(shuō)明,原位改性反應(yīng)改變了白炭黑

4、表面的特性,改善了其與烴類(lèi)橡膠的相容性,使白炭黑在橡膠基體中分散得更均勻、更穩(wěn)定,從而達(dá)到提高硫化膠性能的目的。
　　通過(guò)NMR法分析高溫混煉膠和硫化膠的交聯(lián)密度,并和平衡溶脹法進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn) Si69的增加,混煉膠和硫化膠的交聯(lián)密度都線性增加,橫向弛豫時(shí)間和縱向弛豫時(shí)間也都逐漸下降,也說(shuō)明了原位反應(yīng)在高溫混煉階段就發(fā)生了。常規(guī)機(jī)械性能顯示,改性劑用量為4份的硫化膠的拉伸強(qiáng)度提高56％,300%定伸應(yīng)力提高也104%,撕裂強(qiáng)度也大