表面改性和填料并用对橡胶复合材料结构和性质的影响

发布时间：2019-08-13 16:21

【摘要】：填料在橡胶基体中的分散及其与橡胶的界面结合对橡胶的粘弹性质具有重要的影响。在如轮胎等承受周期应变的场合下,橡胶材料的粘弹性质是其使用性能如滚动阻力和抗湿滑性的主要影响因素。因此探究填料的分散及填料与橡胶的界面相互作用对橡胶材料粘弹性影响的研究具有重要的科学价值和工程应用价值。基于这个背景,本学位论文探讨了几种填料的表面修饰方法以及填料并用对橡胶结构与性质的影响,特别是对粘弹性质和动态性能的影响。主要研究内容如下:(1)为排除填料分散状况不同所带来的影响,探究填料-橡胶界面作用独自对于橡胶材料动态性能的影响,分别利用4-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷(CPT)和双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPT)改性SBR/SiO2复合材料,制备系列填料分散情况相似而界面强度不同的橡胶复合材料,并将橡胶复合材料的动态性能和填料-橡胶界面作用进行关联。尽管CPT促进SiO2在橡胶基体内的分散,较弱的界面作用以及低交联密度导致CPT改性的样品动态性能劣化,而填料分散以及界面作用的同时改善则使得TESPT有效提高橡胶复合材料动态性能。此研究结果表明,填料-橡胶界面作用的改善对于橡胶材料动态性能的提高发挥关键作用。(2)基于填料聚集形态以及填料-橡胶界面作用,研究CB和SiO2并用对于橡胶复合材料结构与性能的影响。采用Kraus模型对SSBR/CB/SiO2复合材料储能模量G'-应变γ曲线进行拟合并结合Huber-Vilgis模型推导出填料网络的分形指数作为填料聚集态枝化程度的量化表征。当CB和SiO2的质量比例为9:1时,填料分散情况得到良好改善,填料团簇的枝杈程度降低,复合材料的力学增强和动态性能均得到有效改善。但随着SiO2比例的增多,填料团簇的枝杈程度加剧以及界面作用的劣化导致了增强效率下降和动态性能变差。(3)采用温和简易的多巴胺原位聚合反应修饰埃洛石纳米管(HNTs),并通过填料并用制备SBR/CB/HNTs复合材料以探究聚多巴胺修饰HNTs对于填料分散、填料-橡胶界面作用以及复合材料粘弹性的影响。聚多巴胺修饰减少了HNTs和橡胶之间的表面能差异,增加了两者相容性。由于聚多巴胺的接枝量过低,橡胶基体以及炭黑和改性HNTs之间缺少有效相互作用,多巴胺原位聚合改性HNTs对于SBR/CB/HNTs复合材料填料-橡胶界面强度以及填料分散的改善程度有限,难以有效改善复合材料的增强效率以及动态性能。
【图文】：

由于 Payne 效应的存在，高填充硫化胶的储能模量 随着不断增大的应变 γ 呈现非线性下降(图 1-1a)[11]。Payne 效应起源于填料在橡胶基体中的网络化结构，随着填充硫化胶形变的增大，填料的网络结构逐渐被打破，释放出原网络结构中被包埋的橡胶致使储能模量 下降，并且损耗因子 tan σ 在中等应变下出现峰值[12]。通过对比不同填料含量填充的硫化胶 DMA 温度扫描曲线，王梦蛟指出填料网络是影响填充硫化胶的动态性能的主要因素[13]。填料网络化结构降低了橡胶有效体积，抑制了被包埋橡胶部分的玻璃化松弛，导致 tan σ 损耗峰高度下降，从而降低了填充硫化胶在-20-0°C 温度区间的 tanσ 值。随着温度升高，填料网络的强度逐渐降低，内部包埋的橡胶被释放出来发生玻璃化松弛或者在释放过程中橡胶链-填料之间发生剧烈摩檫，填料网络处于不断“打破-重建”的动态过程致使填充硫化胶的 tan σ 值在 50-80°C 温度区间内升高(图 1-1b)[12, 13]。随着填料含量增加，填料聚集程度增加，填料在上述两方面对于填充硫化胶粘弹行为的影响愈发明显。即填料的网络化情况是决定改善橡胶复合材料动态性能，即降低滚动阻力和提高抗湿滑性的关键因素。

图 1-2 填料在聚合物基体中的絮凝过程及能量变化[12]ure 1-2 Flocculation of filled associated with change in energy in polymer m两种表面能不同的气相法白炭黑在过氧化物硫化的三元乙丙橡胶中的及其与填料附聚过程中粘合能总变化(ΔWa)的关系[14]ure 1-3 Dispersion of two types of fumed silica in peroxide cured EPDM arelationship with the total change in adhesive energy (ΔWa)同样原理，St ckelhuber 等进一步将上述热力学参数作为填料分散情
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

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本文编号：2526225