低生热天然橡胶复合材料的性能研究
发布时间：2021-07-18 10:10
目前使用二氧化硅增强天然橡胶制备绿色轮胎已经成为橡胶研究的主流,但是对于二氧化硅/天然橡胶复合材料的生热性能的研究还很少。低生热橡胶对于负重轮胎是十分重要的,不仅可以减少使用过程中轮胎的发热问题,避免出现危险,而且还可以提高使用寿命。同时为了弥补二氧化硅/天然橡胶复合材料力学性能的不足,选择力学性能优异的氧化石墨烯与二氧化硅复配增强天然橡胶。主要内容如下:（1）通过使用十二醇和硅烷偶联剂KH-592共同改性二氧化硅粒子,以其填充天然橡胶制备低生热二氧化硅/天然橡胶复合材料,系统的研究了填料-填料和填料-橡胶基体之间相互作用的强弱对橡胶复合材料压缩生热性能的影响。两种改性剂功效不同,十二醇接枝到二氧化硅表面,主要起屏蔽羟基的作用,从而减弱二氧化硅粒子自身的团聚作用,提高其分散性。硅烷偶联剂KH-592因为含有巯基,所以可以使二氧化硅与天然橡胶分子链之间形成共价连接,从而增强填料-橡胶基体之间的相互作用。结果表明,D6K4-C（十二醇用量和KH-592用量分别为待改性二氧化硅质量的6%和4%）这组硫化胶具有最弱的佩恩效应以及最多的结合胶含量,而且其生热性能最低,达到11.3℃。这说明弱的填...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天然橡胶分子链结构
中北大学硕士学位论文91.4.2二氧化硅的结构二氧化硅的立体结构是以Si为核心，O为顶点，呈无序排列的硅氧四面体。白炭黑表面含有大量羟基，通常分为自由羟基、双生羟基、连生羟基三种，结构如下：图1-2二氧化硅表面羟基示意图[49]Figure.1-2Schematicdiagramofhydroxylgroupsonthesurfaceofsilica沉淀白炭黑的粒径为10-40nm，具有较高的表面能，宏观上看到的二氧化硅多为聚集体，为了能够有效增强橡胶材料，必须对二氧化硅进行表面改性。二氧化硅表面的活性羟基可以与多种官能团进行物理吸附和化学连接，为改性二氧化硅提供了条件。1.4.3二氧化硅的增强机理二氧化硅作为一种无机粒子增强橡胶会使橡胶复合材料具有许多优异的性能，但是因为其表面羟基的作用，在橡胶基体中的分散性不高，导致增强效果差。为了提高增强效率，一般需要对二氧化硅进行表面处理。常用于二氧化硅表面处理的改性剂有硅烷偶联剂和一些表面活性剂[50,51]。经过改性后的二氧化硅粒子，表面羟基含量大幅下降，粒子之间的团聚减少，在橡胶材料内部分散性提高，增大了硫化胶的交联密度，提高了二氧化硅/橡胶复合材料的综合性能。更有一些硅烷偶联剂不仅可以提高二氧化硅粒子的分散性还可以在二氧化硅和橡胶分子链之间形成共价连接，形成桥连结构，使橡胶复合材料的动态性能提高，改善二氧化硅/橡胶复合材料的滚动阻力、抗湿滑性和生热性能。改性二氧化硅/橡胶复合材料的力学性能也会有一定的提升，当复合材料受到外部作用力时，力会沿着紧密缠绕在二氧化硅粒子表面的橡胶链传递到二氧化硅内部，因为二氧化硅是无机粒子，能够承担较大的作用力，从而起到增强效果。综上所述，二氧化硅增
中北大学硕士学位论文11图1-3几种结合胶模型[56]Figure.1-3Severalboundrubbermodels目前已经有许多研究者针对二氧化硅补强橡胶做了大量的研究。欧阳星等人将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）接枝到二氧化硅表面，然后使用KH-560改性后的二氧化硅增强天然橡胶，研究二氧化硅的分散性对增强效率的影响[57]。研究表明，硅烷偶联剂KH-560的用量为二氧化硅质量的20%时，改性二氧化硅/天然橡胶复合材料的各项性能达到最佳，远远好于未改性二氧化硅/天然橡胶复合材料的性能。颜和祥等人[58]合成了一种特殊的改性剂SilaneN，是一种含有巯基的硅烷偶联剂。使用SilaneN改性二氧化硅并用硅烷偶联剂Si-69和Si-75作对比组，结果显示，改性剂SilaneN在提高二氧化硅分散性方面效果一般，但是因为巯基官能团的作用，SilaneN改性后的二氧化硅粒子可以与天然橡胶分子链形成共价连接，使橡胶复合材料具有良好的动态性能，所以制备得到的硫化胶生热低，其余性能无明显差别。1.4.3.3填料补强橡胶作用机理分子链滑动学说是解释填料增强橡胶比较权威的一种理论[59]。如图1-4所示，当橡
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种硅烷偶联剂的合成及其在白炭黑/天然橡胶复合材料中的应用[J]. 潘其维,王兵兵,周瑛,赵建青. 高分子学报. 2014(02)
[2]橡胶补强填料的研究进展[J]. 魏绪玲,付含琦,郑聚成,龚光碧,刘燕萍,梁滔. 高分子通报. 2014(02)
[3]炭黑对橡胶增强机理的研究现状[J]. 孟春财,陈建,张敬雨,金永中,伍雅峰. 合成橡胶工业. 2012(02)
[4]十二醇表面改性沉淀二氧化硅[J]. 吕波,王亚明,贾庆明,蒋丽红. 无机盐工业. 2011(07)
[5]纳米二氧化硅表面改性研究[J]. 李金玲,王宝辉,李莉,张钢强,盖翠萍,杨雪凤,邵丽英,隋欣. 材料开发与应用. 2011(02)
[6]天然橡胶纳米复合材料的制备方法和技术研究进展[J]. 沈鑫远,李祖明,华建坤,陈保平. 黑龙江科技信息. 2011(08)
[7]纳米二氧化硅的结构及表面改性对橡胶复合材料性能影响的研究进展[J]. 许石豪,刘丰,李小红,张治军. 合成橡胶工业. 2009(06)
[8]二氧化硅增强双烯类非极性橡胶的研究进展[J]. 尹常杰,张秋禹,张和鹏,尹德忠. 合成橡胶工业. 2009(03)
[9]白炭黑/NR复合材料界面相互作用研究[J]. 欧阳星,罗远芳,贾德民. 橡胶工业. 2009(03)
[10]白炭黑表面改性研究现状[J]. 郑丽华,刘钦甫,程宏飞. 中国非金属矿工业导刊. 2008(01)
博士论文
[1]白炭黑的表面改性及其高填充SSBR复合材料的制备和性能研究[D]. 李岩.北京化工大学 2014
硕士论文
[1]白炭黑表面接枝改性及其在橡胶中的应用[D]. 王兵兵.华南理工大学 2012
[2]丁苯橡胶中网络结构与动态粘弹性的研究[D]. 杨军.北京化工大学 2006
本文编号：3289367
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天然橡胶分子链结构
中北大学硕士学位论文91.4.2二氧化硅的结构二氧化硅的立体结构是以Si为核心，O为顶点，呈无序排列的硅氧四面体。白炭黑表面含有大量羟基，通常分为自由羟基、双生羟基、连生羟基三种，结构如下：图1-2二氧化硅表面羟基示意图[49]Figure.1-2Schematicdiagramofhydroxylgroupsonthesurfaceofsilica沉淀白炭黑的粒径为10-40nm，具有较高的表面能，宏观上看到的二氧化硅多为聚集体，为了能够有效增强橡胶材料，必须对二氧化硅进行表面改性。二氧化硅表面的活性羟基可以与多种官能团进行物理吸附和化学连接，为改性二氧化硅提供了条件。1.4.3二氧化硅的增强机理二氧化硅作为一种无机粒子增强橡胶会使橡胶复合材料具有许多优异的性能，但是因为其表面羟基的作用，在橡胶基体中的分散性不高，导致增强效果差。为了提高增强效率，一般需要对二氧化硅进行表面处理。常用于二氧化硅表面处理的改性剂有硅烷偶联剂和一些表面活性剂[50,51]。经过改性后的二氧化硅粒子，表面羟基含量大幅下降，粒子之间的团聚减少，在橡胶材料内部分散性提高，增大了硫化胶的交联密度，提高了二氧化硅/橡胶复合材料的综合性能。更有一些硅烷偶联剂不仅可以提高二氧化硅粒子的分散性还可以在二氧化硅和橡胶分子链之间形成共价连接，形成桥连结构，使橡胶复合材料的动态性能提高，改善二氧化硅/橡胶复合材料的滚动阻力、抗湿滑性和生热性能。改性二氧化硅/橡胶复合材料的力学性能也会有一定的提升，当复合材料受到外部作用力时，力会沿着紧密缠绕在二氧化硅粒子表面的橡胶链传递到二氧化硅内部，因为二氧化硅是无机粒子，能够承担较大的作用力，从而起到增强效果。综上所述，二氧化硅增
中北大学硕士学位论文11图1-3几种结合胶模型[56]Figure.1-3Severalboundrubbermodels目前已经有许多研究者针对二氧化硅补强橡胶做了大量的研究。欧阳星等人将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）接枝到二氧化硅表面，然后使用KH-560改性后的二氧化硅增强天然橡胶，研究二氧化硅的分散性对增强效率的影响[57]。研究表明，硅烷偶联剂KH-560的用量为二氧化硅质量的20%时，改性二氧化硅/天然橡胶复合材料的各项性能达到最佳，远远好于未改性二氧化硅/天然橡胶复合材料的性能。颜和祥等人[58]合成了一种特殊的改性剂SilaneN，是一种含有巯基的硅烷偶联剂。使用SilaneN改性二氧化硅并用硅烷偶联剂Si-69和Si-75作对比组，结果显示，改性剂SilaneN在提高二氧化硅分散性方面效果一般，但是因为巯基官能团的作用，SilaneN改性后的二氧化硅粒子可以与天然橡胶分子链形成共价连接，使橡胶复合材料具有良好的动态性能，所以制备得到的硫化胶生热低，其余性能无明显差别。1.4.3.3填料补强橡胶作用机理分子链滑动学说是解释填料增强橡胶比较权威的一种理论[59]。如图1-4所示，当橡
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种硅烷偶联剂的合成及其在白炭黑/天然橡胶复合材料中的应用[J]. 潘其维,王兵兵,周瑛,赵建青. 高分子学报. 2014(02)
[2]橡胶补强填料的研究进展[J]. 魏绪玲,付含琦,郑聚成,龚光碧,刘燕萍,梁滔. 高分子通报. 2014(02)
[3]炭黑对橡胶增强机理的研究现状[J]. 孟春财,陈建,张敬雨,金永中,伍雅峰. 合成橡胶工业. 2012(02)
[4]十二醇表面改性沉淀二氧化硅[J]. 吕波,王亚明,贾庆明,蒋丽红. 无机盐工业. 2011(07)
[5]纳米二氧化硅表面改性研究[J]. 李金玲,王宝辉,李莉,张钢强,盖翠萍,杨雪凤,邵丽英,隋欣. 材料开发与应用. 2011(02)
[6]天然橡胶纳米复合材料的制备方法和技术研究进展[J]. 沈鑫远,李祖明,华建坤,陈保平. 黑龙江科技信息. 2011(08)
[7]纳米二氧化硅的结构及表面改性对橡胶复合材料性能影响的研究进展[J]. 许石豪,刘丰,李小红,张治军. 合成橡胶工业. 2009(06)
[8]二氧化硅增强双烯类非极性橡胶的研究进展[J]. 尹常杰,张秋禹,张和鹏,尹德忠. 合成橡胶工业. 2009(03)
[9]白炭黑/NR复合材料界面相互作用研究[J]. 欧阳星,罗远芳,贾德民. 橡胶工业. 2009(03)
[10]白炭黑表面改性研究现状[J]. 郑丽华,刘钦甫,程宏飞. 中国非金属矿工业导刊. 2008(01)
博士论文
[1]白炭黑的表面改性及其高填充SSBR复合材料的制备和性能研究[D]. 李岩.北京化工大学 2014
硕士论文
[1]白炭黑表面接枝改性及其在橡胶中的应用[D]. 王兵兵.华南理工大学 2012
[2]丁苯橡胶中网络结构与动态粘弹性的研究[D]. 杨军.北京化工大学 2006
本文编号：3289367
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