溶聚丁苯橡膠納米復合材料界面定量研究：白炭黑性質的影響.pdf

1、為節(jié)約資源、保護環(huán)境以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，低碳節(jié)能的“綠色”輪胎已成為輪胎行業(yè)發(fā)展的主題和方向。白炭黑作為綠色輪胎常用的補強劑，兼顧了安全性和經(jīng)濟性原則，可以顯著降低滾動阻力，節(jié)省燃油，溶聚丁苯橡膠也具有生熱低和耐磨耐屈撓等優(yōu)點，因而通常被作為綠色輪胎的胎面膠。對于具有多層次多尺度復雜微觀結構的橡膠基納米復合材料而言，填料粒子在基體中的空間分散與復合材料的界面相互作用是制備高性能復合材料的關鍵因素。作為橡膠與無機納米粒子之間連接的紐帶，界面

2、可以起到傳遞應力的作用，進而影響復合材料的宏觀性能，界面研究具有重要的意義和價值。但是傳統(tǒng)的界面表征方法大多是間接、定性或者半定量的，并不能得到準確的結論，界面微觀結構及形成機制等仍沒有確切的認識。本論文我們采用原子力顯微鏡(AFM)的峰值力定量納米力學技術(PF-QNM)，建立了一種定量表征白炭黑/溶聚丁苯橡膠納米復合材料界面性能的方法，系統(tǒng)研究并揭示了白炭黑的物理化學性質對填料橡膠間界面相互作用及界面性能的影響規(guī)律，旨在有效提高材料

3、的綜合性能。我們主要進行了以下四個方面的研究:
　　1、采用AFM的PF-QNM模式對SiO2/SSBR納米復合材料進行表征，得到了清晰的高度圖、粘附力圖和楊氏模量圖等，利用填料周圍界面層區(qū)域納米力學性能逐漸增大的現(xiàn)象，建立了微觀定量納米識別SiO2/SSBR納米復合材料界面厚度的方法。此外，我們觀察到了界面雙層結構，對緊致層和疏松層的厚度分別進行了統(tǒng)計。通過HR-TEM對結合膠的直接觀察發(fā)現(xiàn)緊密層厚度約為4nm，驗證了該方法的準

4、確性。
　　2、從填料表面化學基團對復合材料界面性能的影響這一角度出發(fā)，用KH570、Si69和DA-Si69三種改性劑處理白炭黑表面，從AFM的結果可知，改性后白炭黑與橡膠間界面厚度值有不同程度的提高，Si69比KH570改性白炭黑具有與橡膠基體更大的界面層厚度值，DA包覆后界面層厚度進一步增加。同時，我們發(fā)現(xiàn)界面層厚度的增加主要在于疏松層。之后我們還利用掃描電鏡，動態(tài)機械分析，熱力學參數(shù)分析以及力學性能測試等，綜合分析后發(fā)現(xiàn)界

5、面相容性和界面相互作用增加，與AFM結果一致。
　　3、采用不同用量的Si69對白炭黑進行表面處理，研究了改性劑的接枝率對SiO2/SSBR納米復合材料界面性能的影響規(guī)律。AFM的結果表明，隨著接枝率的提高，復合材料界面層厚度逐漸增大，由8.3 nm提高到了17.2 nm，且增大主要在于疏松層的厚度。與此同時，我們根據(jù)填料的分散性、Tg的變化、界面張力的大小以及拉伸強度的變化情況等得出，隨著接枝率的提高，填料-橡膠間的界面相容性提