改性白炭黑的表面性质对丁苯橡胶补强性能影响的研究

发布时间：2017-06-03 08:18

  本文关键词：改性白炭黑的表面性质对丁苯橡胶补强性能影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轮胎橡胶工业中,广泛采用白炭黑来提高轮胎性能,以达到节能环保的目的。白炭黑补强丁苯橡胶是近年来高性能子午线轮胎制造领域的热点之一,但白炭黑较强的表面极性及较差的分散性,影响了白炭黑补强丁苯橡胶性能的提高。因此通过表面改性来提高白炭黑在橡胶中的分散程度,增加白炭黑与丁苯橡胶的相互作用力,获得更好的胶料加工性能、硫化性能及使用性能,对于制备高性能轮胎(“绿色轮胎”)具有重要的现实意义。采用反气相色谱(IGC)技术可以有效研究填料表面物理化学性质、填料与聚合物之间界面相互作用情况,为设计复合材料界面提供有效的实验数据,已成为表征填料表面性质的有效工具。本文以沉淀法白炭黑为研究对象,将不同的硅烷偶联剂分别采用液相法及原位法对白炭黑进行了表面改性,制备了多种类型的改性白炭黑,并将其应用于丁苯橡胶,考察不同的改性方法和不同改性剂对橡胶的硫化特性、加工流变性能、力学性能、耐磨耐压缩性能等方面的影响,并用IGC对改性的白炭黑的表面物理性质进行了测定,考察其对丁苯橡胶补强性能的作用关系,本论文研究进展与成果主要包括以下几个方面:(1)使用硅烷偶联剂Si69、KH580和Silane-M对白炭黑进行了液相法的接枝改性和原位法改性,并应用于丁苯橡胶中。对比液相法和原位法改性的白炭黑,液相改性白炭黑应用于丁苯橡胶中时,Payne效应要比原位改性的小,对提高橡胶综合力学性能的效果也要比原位改性好。对比三种硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果,使用Silane-M-mSiO2填充的丁苯橡胶的力学性能较好。而与Si69-m-SiO2相比,KH580-m-SiO2填充的丁苯橡胶的磨耗性能和耐压缩性能较好。(2)采用分步法将硅烷偶联剂NQ54及2-硫醇基苯并噻唑(促进剂M)接枝到白炭黑表面,制备了一种功能化改性白炭黑。通过红外光谱、拉曼光谱、TGA、元素分析表征并探讨了反应条件对接枝效果的影响。反应温度为100℃、反应时间48小时的条件下,促进剂M的接枝率可达到9.85wt%。将促M接枝改性的SiO2应用于丁苯橡胶中,发现其能够缩短胶料的正硫化时间Tc90,且随着接枝率的提高,材料的拉伸强度和撕裂强度有较大幅度的提高,拉伸强度最高提升了81.3%,而阿克隆磨耗体积最大降低了47.7%,压缩生热最大降低了42.8%。另外,接枝率的提高有利于降低材料的滚动阻力,最高可降低19.5%。(3)对未改性的白炭黑和功能化改性白炭黑分别进行了反气相色谱研究,测定了吸附自由能、表面能色散分量及极性分量等物理性质。相对于未改性的白炭黑,功能化改性白炭黑对非极性分子的吸附自由能-?升高,而对极性分子的-?则降低。另外功能化改性白炭黑表面能的色散分量比未改性的白炭黑高,而极性分量则要比未改性的白炭黑低,说明经过改性使白炭黑的表面极性降低,并在降低填料间的相互作用力的同时,能增强其与橡胶的相互作用力。
【关键词】：改性白炭黑 丁苯橡胶 补强 反气相色谱 表面性质
【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】：TQ333.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 引言12
• 1.2 白炭黑在橡胶中的应用12-19
• 1.2.1 白炭黑的性质和表面结构12-14
• 1.2.2 白炭黑的改性方法14-17
• 1.2.3 改性白炭黑在橡胶中的应用研究进展17-19
• 1.3 填料的表面性质与增强橡胶19-25
• 1.3.1 材料的表面性能的表征手段19-22
• 1.3.2 填料补强橡胶的研究22-24
• 1.3.3 表征填料对橡胶作用中的问题24-25
• 1.4 反气相色谱技术在材料表面与界面表征中的应用25-29
• 1.4.1 反气相色谱的基本原理25-26
• 1.4.2 反气相色谱在复合材料中的应用26-28
• 1.4.3 IGC在橡胶材料表征中的应用28-29
• 1.5 本研究的目的与主要内容29-31
• 1.5.1 本研究的目的与意义29-30
• 1.5.2 本研究的主要内容30
• 1.5.3 本文的创新之处30-31
• 第二章 不同硅烷偶联剂改性白炭黑的制备及在丁苯橡胶中的应用31-52
• 2.1 引言31-32
• 2.2 实验部分32-36
• 2.2.1 主要原材料32
• 2.2.2 改性白炭黑的制备32-33
• 2.2.3 制备白炭黑复合材料33-34
• 2.2.4 测试与表征34-36
• 2.3 结果与讨论36-51
• 2.3.1 未改性和改性白炭黑的红外光谱分析36-37
• 2.3.2 液相改性白炭黑的接枝率表征37-39
• 2.3.3 改性白炭黑的粒度及其分布39
• 2.3.4 不同改性白炭黑/SBR复合材料的橡胶加工性能研究39-43
• 2.3.5 不同的改性白炭黑对SBR/SiO2混炼胶硫化特性的影响43-44
• 2.3.6 不同改性白炭黑/SBR硫化胶的扫描电子显微镜44-46
• 2.3.7 SBR/改性白炭黑复合材料的差示扫描量热分析46-47
• 2.3.8 SBR/改性白炭黑复合材料的力学性能47-49
• 2.3.9 SBR/改性白炭黑复合材料的耐磨性能49-50
• 2.3.10 SBR/改性白炭黑复合材料的动态压缩性能50-51
• 2.4 小结51-52
• 第三章 功能化改性白炭黑的制备及在丁苯橡胶中的应用52-75
• 3.1 引言52
• 3.2 实验部分52-55
• 3.2.1 主要原材料52
• 3.2.2 功能化改性白炭黑的制备52-53
• 3.2.3 制备白炭黑/SBR复合材料53
• 3.2.4 测试与表征53-55
• 3.3 结果与讨论55-74
• 3.3.1 改性条件对白炭黑表面接枝的影响55-62
• 3.3.2 接枝不同含量促M的改性白炭黑粒度及其分布62-63
• 3.3.3 接枝不同含量促M的改性白炭黑/SBR复合材料的硫化特性63-65
• 3.3.4 不同接枝率的改性白炭黑/SBR复合材料的橡胶加工分析测试65-68
• 3.3.5 SBR/白炭黑复合材料的DSC分析68-69
• 3.3.6 不同接枝率的改性白炭黑/SBR硫化胶的扫描电子显微镜69-71
• 3.3.7 不同接枝率的改性白炭黑/SBR硫化胶的力学性能71-72
• 3.3.8 SBR/改性白炭黑复合材料的耐磨性能72-73
• 3.3.9 SBR/改性白炭黑复合材料的动态压缩性能73-74
• 3.4 小结74-75
• 第四章 改性白炭黑表面性质的反气相色谱研究75-85
• 4.1 引言75
• 4.2 实验部分75-77
• 4.2.1 主要原材料75-76
• 4.2.2 实验仪器76
• 4.2.3 探针分子的性质76
• 4.2.4 色谱填充柱的制备与老化76-77
• 4.2.5 反气相色谱测试条件77
• 4.3 结果与讨论77-83
• 4.3.1 比保留体积和吸附自由能77-80
• 4.3.2 表面能的色散分量80-82
• 4.3.3 表面吸附自由能的特殊作用分量82-83
• 4.4 小结83-85
• 结论85-86
• 参考文献86-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张庆军,莫文玲,王占乐;沉淀法制备纳米白炭黑的结构及性质的研究[J];硅酸盐通报;2005年04期

2 李宝智;改性无机填料在橡胶制品中应用效果的研究[J];中国非金属矿工业导刊;2000年06期

3 梁晓梅;;国内外高性能高分子复合材料发展与应用[J];哈尔滨职业技术学院学报;2014年01期

  本文关键词：改性白炭黑的表面性质对丁苯橡胶补强性能影响的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：417637