高性能橡膠納米復合材料的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、橡膠納米復合材料是指以橡膠為基體（連續(xù)相）、填充顆粒以納米尺度(小于100nm)分散于基體中的新型高分子復合材料。本文主要研究了三種橡膠納米復合材料:丁苯橡膠/白炭黑納米復合材料、氫化丁腈橡膠/白炭黑納米復合材料和丁苯橡膠/華光炭黑納米復合材料，分別討論了這三種橡膠納米復合材料的制備、結(jié)構(gòu)和性能。
　　 論文第一部分詳細研究了濕法制備丁苯橡膠/白炭黑納米復合材料的技術(shù)及材料的結(jié)構(gòu)與性能，前期實驗發(fā)現(xiàn)該技術(shù)存在的最大問題是白炭黑在

2、與丁苯膠乳共絮凝的過程中有極大的沉降損失，不能完全復合進入橡膠基體中。本文主要采用了兩種方法來解決該問題。
　　 第一種方法為干法有機化處理白炭黑表面，然后將有機改性后的白炭黑在機械攪拌力的作用下混入水中制得有機化白炭黑的水漿，再與丁苯膠乳混合，加入絮凝劑破乳，經(jīng)干燥、混煉和硫化，得到丁苯橡膠/白炭黑納米復合材料，這種方法也被稱為間歇濕法復合技術(shù)。研究了偶聯(lián)劑與白炭黑混合分散次數(shù)、偶聯(lián)劑用量以及有機化白炭黑水漿濃度對復合材料性能

3、的影響，結(jié)果表明，偶聯(lián)劑與白炭黑最佳混合分散次數(shù)為15次;有機化白炭黑水漿濃度最優(yōu)為15％;隨著偶聯(lián)劑用量的增大，處理時間的延長，白炭黑表面有機化改性程度提高，偶聯(lián)劑的接枝率提高，復合材料的力學性能提高。該間歇濕法復合技術(shù)制備得到的復合材料同傳統(tǒng)干法制備得到的復合材料對比發(fā)現(xiàn)，濕法復合中偶聯(lián)劑的利用效率較低，膠料的焦燒時間延長，材料的定伸應力低，但撕裂性能較好。
　　 第二種方法為水相有機化處理白炭黑表面，即先將親水的白炭黑在強

4、機械攪拌下混入水中制得白炭黑水漿，然后滴加偶聯(lián)劑，加熱兩者反應后得到有機化的白炭黑水漿，再與丁苯膠乳混合、絮凝、干燥、混煉和硫化，得到丁苯橡膠/白炭黑納米復合材料，這種方法也被稱為連續(xù)濕法復合技術(shù)。研究了不同制漿工藝、偶聯(lián)劑與白炭黑水漿反應時間以及不同白炭黑復合份數(shù)對復合材料性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增大白炭黑水漿的粘度（濃度），延長攪拌的時間，可以減小白炭黑顆粒在水中的尺寸，同時延緩白炭黑的沉降，最優(yōu)的水漿固含量為15％。隨著偶聯(lián)劑反應時

5、間的延長，有機化白炭黑在水相中的顆粒尺寸變大，白炭黑在復合過程中的損失減小。與干法混煉相比，濕法復合制得的材料具有精細均勻的填料分散，高的拉伸強度和撕裂強度，低的門尼粘度、永久變形、動態(tài)溫升和動態(tài)壓縮永久變形，兩者具有一致的硬度、定伸應力和磨耗性能。另外，采用該連續(xù)濕法復合技術(shù)制備可以制得填料分散優(yōu)良且性能保持良好的高填充(100phr)的丁苯橡膠/白炭黑納米復合材料。
　　 論文第二部分研究了原位改性分散技術(shù)中的工藝參數(shù)，如偶

6、聯(lián)劑用量、熱處理時間、熱處理溫度對白炭黑填充氫化丁腈橡膠納米復合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，采用Payne效應表征了復合材料中的填料網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)，填料的微觀分散隨著偶聯(lián)劑用量的增大、熱處理溫度的提高和熱處理時間的延長而提高。發(fā)現(xiàn)該體系中不同于白炭黑填充非極性橡膠體系的反?，F(xiàn)象，即常溫下加入KH570會造成HNBR/白炭黑混合物中填料分散變差，經(jīng)熱處理或室溫長時間的停放，填料的分散狀況會變好。分析原因知該現(xiàn)象與偶聯(lián)劑KH570、白炭黑表面

7、硅羥基、HNBR大分子鏈上的氰基三者之間的相互作用存在競爭關系有關。
　　 論文的第三部分研究了一種新型的具有特殊中空結(jié)構(gòu)和高結(jié)構(gòu)度的炭黑——華光炭黑( HG-CB)填充丁苯橡膠納米復合材料的性能。通過力學性能、動態(tài)力學性能、功能性能的測試，發(fā)現(xiàn)隨著華光炭黑用量的增大，華光炭黑在丁苯橡膠基體中形成了完善的填料網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，SBR/HG-CB復合物的門尼粘度、小應變下的儲能模量值都大幅度上升;結(jié)合膠在填料含量為25phr時可以測得，并