高性能彈性體基納米復合材料規(guī)模化制備技術(shù)與應用基礎(chǔ)研究.pdf

1、彈性體是一種奇妙獨特、具有戰(zhàn)略性的高分子材料，其高彈特性奠定了它不可取代的地位。彈性體在通用和工程場所中的廣泛應用是有目共睹的，譬如輪胎、彈簧、減震器、密封件、墊片、膠管、膠帶、摩擦傳動裝置和膠輥等等。盡管如此，至今大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的彈性體基納米復合材料及其制品仍然很少，原因1）缺少低成本、高性能的納米復合材料制備方法;2)對其復雜結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系認識不足。因此，本課題著眼于高性能彈性體基納米復合材料的大規(guī)模化制備技術(shù)和應用，重點解決白炭

2、黑等球型填料，黏土、石墨烯等片層填料在彈性體基體中的分散問題，并開展大規(guī)模制備滿足工業(yè)應用需要，探索結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為彈性體材料的應用開辟嶄新道路。
　　本論文的第一部分是萬噸級黏土/丁苯橡膠納米復合材料規(guī)?；苽浼夹g(shù)與應用。此產(chǎn)品組成是100份丁苯橡膠納米復合80份黏土，制備工藝采用乳液復合和噴霧干燥相結(jié)合的方法，充分利用乳液復合實現(xiàn)納米分散，噴霧干燥實現(xiàn)快速脫水的優(yōu)勢，制備出高填充的黏土/丁苯橡膠納米復合材料，在制備過程

3、中采用風冷系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)和隔離劑系統(tǒng)解決了噴霧干燥生產(chǎn)彈性體材料時容易粘壁的難題。產(chǎn)品的應用之一是全部或部分代替鹵化丁基橡膠制備輪胎氣密層，解決了高填充高黏度的納米復合材料與其他生膠共混時納米分散，均勻混合的難題，通過透射電子顯微鏡(TEM)、動態(tài)熱力學分析(DMTA)、橡膠加工分析(RPA)等手段分析其形態(tài)結(jié)構(gòu)，通過硫化、物理機械性能和氣密性能考察其在氣密層中的應用，采用此種納米復合材料制備的氣密層具有性能優(yōu)異、容易成型加工和低成本等

4、優(yōu)勢。應用之二是作為一種新型納米填料應用于輪胎胎面中，能夠明顯提高耐切割和耐屈撓疲勞性能。
　　本論文的第二部分是萬噸級黏土/天然橡膠納米復合材料規(guī)?；苽浼夹g(shù)與應用。此產(chǎn)品的組成是100份天然橡膠納米復合5份黏土，代替進口天然橡膠制備礦山用全鋼載重子午線輪胎胎面。制備過程中，在理論上闡明了黏土相和橡膠相在凝固過程中存在的自凝-共凝的競爭關(guān)系;發(fā)現(xiàn)了影響納米分散的物理、化學、工藝等方面的因素;提出了阻止黏土自聚集和改善其與橡膠界面

5、作用的方法;成功實現(xiàn)了納米黏土相的形成與控制，實現(xiàn)了年產(chǎn)萬噸級的生產(chǎn)規(guī)模，制備的材料強度高，耐撕裂，抗崩花掉塊，能夠廣泛應用于礦用輪胎胎面中。
　　本論文的第三部分是強界面修飾的黏土/丁苯橡膠納米復合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究，初步探索將乳聚丁苯橡膠代替溶聚丁苯橡膠、天然礦物黏土代替白炭黑制備輪胎胎面，進一步輪胎向更節(jié)能、更安全、更環(huán)保的方向發(fā)展。通過乳液復合法，利用丁苯吡膠乳對黏土/丁苯橡膠進行強界面修飾作用，丁苯吡膠乳中的酸化

6、的吡啶基團與黏土片層之間形成強的離子鍵相互作用，提高黏土與橡膠之間的界面相互作用，從而改善分散，并通過紅外光譜(FTIR)，X射線光電子能譜分析(XPS)，DMTA分析黏土與橡膠之間形成強界面相互作用的機理，通過X射線衍射(XRD)和高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)分析其納米分散，通過Halpin-Tsai模型和Nielsen模型計算黏土的長徑比，此種材料具有較高的拉伸撕裂強度、較強的耐磨耗性能，較低的滾動阻力生熱，有望替代白炭黑應

7、用于節(jié)能輪胎胎面中。
　　本論文的第四部分是白炭黑/氧化石墨烯/丁苯橡膠納米復合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究。首先采用噴霧干燥工藝制備白炭黑/氧化石墨烯納米雜化填料，原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn)白炭黑與氧化石墨烯形成相互穿插納米雜化結(jié)構(gòu)。此種納米雜化填料僅僅通過傳統(tǒng)的機械混煉方式與溶聚丁苯橡膠復合就能實現(xiàn)氧化石墨烯在基體中的納米分散，制備的納米復合材料定伸高、拉伸強度、撕裂強度高，磨耗性能優(yōu)異，最大的優(yōu)勢