低生熱天然橡膠復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)碳材料對(duì)橡膠基體的力學(xué)性能增強(qiáng)很明顯，但是對(duì)橡膠復(fù)合材料交聯(lián)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、壓縮疲勞溫升的影響研究還很少。氧化石墨烯、多壁碳納米管等新型功能納米碳材料有著更優(yōu)異的綜合性能，采用新型碳納米材料替代或者部分替代傳統(tǒng)碳材料填充橡膠制備高強(qiáng)度、低生熱橡膠復(fù)合材料很受研究者們的矚目，但這受限于納米功能填料的宏量制備和在橡膠基體中的均勻分散性?；谏鲜霈F(xiàn)狀，作者開(kāi)展了傳統(tǒng)碳材料及新型碳納米材料部分替代傳統(tǒng)碳材料填充天然橡膠復(fù)合材料的研究，主

2、要內(nèi)容如下：
　?。?）通過(guò)采用不同硫化體系和硫化工藝制備出不同交聯(lián)結(jié)構(gòu)的天然橡膠復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料性能的影響。對(duì)比不同交聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，采用半有效硫化體系于150℃硫化制備的橡膠復(fù)合材料具有最佳的力學(xué)性能，尤其是半有效硫化體系SEV1硫化膠，不僅具有最高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，而且具有較低的滾動(dòng)阻力及最低的壓縮疲勞溫升值11.2℃，比有效硫化體系 EV2硫化膠的壓縮疲勞溫升值降低了49.1％。這是因?yàn)?50℃

3、制備的SEV1硫化膠中有較優(yōu)的交聯(lián)密度，好的填料分散性和最大的多硫鍵含量。
　?。?）采用不同粒徑大小的炭黑(CB)和硅烷偶聯(lián)劑Si69改性過(guò)的沉淀法白炭黑(SiO2)填充天然橡膠制備復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，隨著CB粒徑的增加，硫化膠的佩恩效應(yīng)和壓縮疲勞溫升值逐漸減小，尤其是N754填充的硫化膠具有最低的壓縮疲勞溫升值，僅4.7℃。這是因?yàn)檩^大粒徑的 CB填充硫化膠時(shí)，形成的填料網(wǎng)絡(luò)較弱且填料分散均勻。然而，隨著CB粒徑的增大，結(jié)

4、合膠減少，硫化膠的力學(xué)性能下降。SiO2填充的硫化膠表現(xiàn)出非常明顯的佩恩效應(yīng)和較差的力學(xué)性能，在大應(yīng)變時(shí)（>10%），SiO2填充硫化膠的損耗因子值超過(guò)了所有CB填充的值，因?yàn)?SiO2表面的硅醇基團(tuán)吸附了硫化反應(yīng)的促進(jìn)劑，導(dǎo)致硫化膠的交聯(lián)密度降低。
　?。?）對(duì)于給定的配方和工藝，填料用量是硫化膠生熱的主要影響因素，因此開(kāi)展了不同用量的高耐磨爐黑(HAF)對(duì)硫化膠交聯(lián)結(jié)構(gòu)和性能影響的研究。結(jié)果表明，硫化膠的力學(xué)性能、佩恩效應(yīng)和壓

5、縮疲勞溫升值隨著HAF用量的增加而增加。因?yàn)殡S著HAF用量的增加，硫化膠中的填料網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越強(qiáng)，填料-橡膠之間的相互作用增大，結(jié)合膠含量也增加。HAF用量為60 p hr時(shí)，硫化膠具有最佳的綜合力學(xué)性能和較低的壓縮疲勞溫升值。
　　（4）以不同硅烷偶聯(lián)劑改性前后的SiO2與HAF為填料協(xié)同填充橡膠制備復(fù)合材料。改性后的SiO2與HAF協(xié)同填充的硫化膠，不僅具有較好的填料分散性、靜態(tài)力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，而且具有較低的壓縮疲勞溫升值

6、和損耗因子。改性后的 SiO2的紅外光譜圖顯示，硅烷偶聯(lián)劑分子成功接枝到 SiO2表面，這對(duì)橡膠鏈大分子的運(yùn)動(dòng)性及其吸附到SiO2表面有較大的提高作用，減少了SiO2表面對(duì)促進(jìn)劑的吸附，降低了對(duì)硫化交聯(lián)反應(yīng)的阻礙作用。另外，Si69改性的SiO2與HAF協(xié)同填充的硫化膠具有明顯較高的撕裂強(qiáng)度和最低的壓縮疲勞溫升值，這主要?dú)w因于 S i69大分子能夠釋放出游離硫參與硫化反應(yīng)，提高硫化膠中交聯(lián)密度和多硫鍵的含量。
　?。?）采用功能填

7、料氧化石墨烯(GO)與多壁碳納米管(MWNTs)分別部分替代 HAF，采用膠乳共沉淀法制備功能填料的母膠與機(jī)械共混相結(jié)合，膠乳與干膠并用的新方法制備天然橡膠復(fù)合材料。一定用量的GO或者M(jìn)WNTs部分替代HAF制備的復(fù)合材料，不僅具有好的力學(xué)性能、較優(yōu)的填料分散性，而且還具有較低的壓縮疲勞溫升值和較小的損耗因子。例如，當(dāng)GO或者M(jìn)WNTs用量為1 phr時(shí)，硫化膠具有最大的拉伸強(qiáng)度28.60±0.6 MPa，最低的壓縮疲勞溫升值，僅9±0