節(jié)能型輪胎胎面膠料的結構與性能及靜電性研究.pdf

1、近年來，隨著國家節(jié)能減排戰(zhàn)略目標的實施，汽車安全、舒適、節(jié)能的要求逐年提高，與其配套的輪胎要求具有優(yōu)異的抗?jié)窕阅堋⒛湍バ?、低滾動阻力特性等，但這三項性能難以同時改善，往往其中的一項或兩項性能改進的同時會引起另一項或兩項性能的損失，人們常將這三項性能稱為“魔鬼三角”。為平衡該三種性能，必須在橡膠的分子結構的設計改性以及填料補強結構上有新的突破。眾所周知，橡膠分子間的內(nèi)摩擦損耗和松弛特性是制約其低滾阻和高抗?jié)窕阅艿闹饕蛩?，因此?jié)能橡膠

2、的分子結構設計及實施是研究的熱點課題之一。在輪胎工業(yè)中，大量白炭黑用于補強胎面，收到了顯著的節(jié)能和高抗?jié)窕Ч珟淼牧硪粏栴}是易積蓄靜電。因此，通過分子結構設計和納米填料增強以及添加其他導電填料，來提高填料分散性及復合材料的抗靜電性，并平衡輪胎的“魔鬼三角”性能的目標是本論文致力研究的方向。
　　 論文的第一部分，主要研究了五種胎面用丁苯橡膠/炭黑復合材料的結構-性能及防靜電特性。結果表明，四種溶聚丁苯橡膠的力學性能和濕抓著

3、性能與乳聚丁苯橡膠相近，但生熱性和低滾動阻力特性明顯優(yōu)于乳聚丁苯橡膠；四種溶聚丁苯橡膠相比，星形SSBR的力學性能優(yōu)異，內(nèi)摩擦損失最低，抗?jié)窕院们覞L動阻力低，其次為SL552，2305和YL950，表明偶聯(lián)結構的SSBR具有顯著的節(jié)能特征。但YL950的門尼粘度低，加工性能優(yōu)異，硫化時間短，且膠料的防靜電性能優(yōu)異。還研究了高分子量充油SSBR膠料的結構-性能及防靜電性，充油SSBR表現(xiàn)出良好的炭黑分散性和較低的滾動阻力特性。對于50份

4、炭黑填充上述丁苯膠料的電阻率均能滿足防靜電性要求，說明分子結構參數(shù)變化和端基改性技術對SSBR膠料的防靜電性能影響不大。根據(jù)本章的結論，有助于選擇新型胎面用丁苯橡膠，并對本論文后幾章研究具有指導意義。
　　 論文的第二部分，研究了節(jié)能，高性能且防靜電胎面用膠的配方。首先研究了炭黑及白炭黑填充SSBR膠料的防靜電性和白炭黑填充膠料的加工工藝，發(fā)現(xiàn)50份炭黑可使膠料具有抗靜電性和良好的力學性能，而SSBR/SiO2膠料則表現(xiàn)出絕緣特

5、性。其次，分別研究了SiO2/CB不同并用比填充SSBR YL950和ESBR1500復合材料的結構與性能關系及防靜電特性。實驗結果表明，在填充量為70 phr的橡膠基體中，炭黑由約30 nm的較透明的球狀顆粒形成珠鏈狀網(wǎng)絡結構。該膠料的Payne效應高，動態(tài)損耗高，但具有優(yōu)異的抗靜電性能；SiO2粉體在橡膠中為黑色20～40 nm的不規(guī)則顆粒，膠料表現(xiàn)出優(yōu)異的濕抓著性能，低的內(nèi)摩擦損耗，但靜電積累量大。SiO2/CB并用填充SSBR復

6、合材料的力學性能呈現(xiàn)“協(xié)同效應”，尤其當SiO2/CB并用比為20/50時，復合材料的物理機械性能、低生熱性、磨耗性能、抗?jié)窕院蜐L動阻力均達到較佳水平，且滿足防靜電性要求。而SiO2/CB(35/35)為復合材料防靜電性的渝滲閾值，而當填料總量變化，SiO2/CB(1/1)填充SSBR膠料，由于粒子間距較遠或納米填料的分散性差，均未達到防靜電要求。接著研究了導電炭黑部分取代炭黑和四針狀氧化鋅晶須填充SSBR/SiO2/CB復合材料的防

7、靜電性，力學性能及生熱性等，得出導電炭黑用量增加，防靜電性能提高，但力學性能降低，填料的分散性變差，且生熱高的結果，對于SiO2/CB并用比為40/30時，滿足防靜電性的導電炭黑最小用量為3 phr；而防靜電氧化鋅晶須，雖然具有獨特立體四針狀顯微結構，但在加工過程中，易折斷，不利于導電網(wǎng)絡的形成，而且填充補強效果差，所以在加工工藝上還有待改善。此外，硫化膠的不同停放時間對復合材料的電阻率的影響不大，高芳油加入對復合材料力學性能和生熱性有

8、所改善，但對防靜電性能的不利。
　　 論文的第三部分，研究了端基改性SSBR的結構與性能及其與炭黑的相互作用。其一，從分子結構設計角度出發(fā)，在陰離子活性聚合反應末期加入大體積官能團，叔丁基二苯基氯硅烷進行封端改性，制備出分子鏈末端可以吸附炭黑，并起到鈍化大分子鏈自由末端作用的溶聚丁苯橡膠，通過核磁技術證明了端基改性溶聚丁苯橡膠的反應結果，并根據(jù)核磁譜圖中相關特征峰的峰面積計算了封端效率(即帶有大體積官能團的大分子鏈末端數(shù)與總的分

9、子鏈末端數(shù)之比)。大體積官能團封端后的膠料經(jīng)過炭黑補強，填料-聚合物作用大大增強，填料分散性也顯著提高，分子鏈自由末端明顯減少，因此復合材料的力學性能和回彈性提高，生熱和滯后損失明顯降低，高抗?jié)窕偷蜐L動阻力等特性也得到明顯的改善，并將其與星形溶聚丁苯橡膠和普通溶聚丁苯橡膠進行對比，由于大體積官能團可以鈍化分子鏈末端(減少內(nèi)摩擦損耗和增加在外立場中的取向度)和吸附炭黑的作用，其綜合性能優(yōu)異，適合作為節(jié)能型胎面膠料應用到輪胎工業(yè)中。其二，

10、還研究了用對苯醌做模型化合物，來模擬Sn-C鍵向炭黑表面的鍵接反應機理，采用DSC，F(xiàn)TIR，GPC-UV聯(lián)用等技術，追蹤自合成的模型化合物-錫偶聯(lián)聚丁二烯與對苯二醌的反應過程，并鑒定了反應產(chǎn)物，研究發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)型SSBR在空氣和氮氣氣氛中分別于180和198℃出現(xiàn)化學鍵的斷裂吸熱峰，Sn-C鍵鍵能比C-C鍵弱，在熱、力或化學催化作用下易斷裂生成自由基，之后被醌基捕捉，形成端部帶完整苯環(huán)結構的化合物。從而揭示了Sn偶聯(lián)SSBR的Sn-C鍵向