白炭黑填充溶液聚合丁苯橡膠的流變行為研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、綠色輪胎胎面膠是由白炭黑(SiO2)填充溶聚丁苯橡膠(SSBR)基體并配合適當的硅烷偶聯劑而制得。本論文以SSBR/SiO2復合體系為研究對象,研究SiO2與偶聯劑含量對體系流變學行為和力學性能的影響,探討不同外界作用模式(穩(wěn)態(tài)剪切、動態(tài)剪切和穩(wěn)態(tài)拉伸)下體系的特征流變響應。 首先以己酰氯與γ—巰丙基三乙氧基硅烷為原料,在低溫和N2保護下合成封端基硅烷偶聯劑3—己?;虼?—丙基三乙氧基硅烷(HXT),采用動態(tài)流變學方法表征了

2、HXT在SSBR/SiO2體系中的偶聯效果,發(fā)現HXT可有效抑制SiO2粒子在SSBR體系中的團聚。與雙—(3—乙氧基硅基丙基)—二硫化物(TESPD)相比較,含HXT體系的Payne效應呈現較高的臨界應變值(γc)。 研究了120℃和150℃混煉溫度下三種偶聯劑(雙—(3—乙氧基硅基丙基)—四硫化物TESPT、TESPD、3—辛?;虼?—丙基三乙氧基硅烷NXT)對SiO2粒子表面改性的影響。結果表面,SiO2粒子在SSBR

3、中的分散狀態(tài)既與混煉溫度有關,又與硅烷偶聯劑分子結構有關。在150℃混煉時,不同偶聯劑均對SiO2粒子起表面改性作用,但同時引起混煉膠不同程度的焦燒,其中以TESPT最為顯著。隨NXT含量增加,SiO2粒子表面改性程度逐漸提高,低應變(γ)下的模量降低,γc值增大。NXT含量高于4.2phr時,偶聯劑與SiO2粒子的反應趨于完全,NXT含量不影響流變行為。 研究了SiO2含量對SSBR/SiO2體系儲能模量(G'),損耗模量(G

4、")和損耗角正切(tanδ)等黏彈參數的頻率(ω)、應變和時間依賴性的影響。結果發(fā)現,Payne效應隨SiO2體積分數()的增大而變得更加明顯。對于不同()的體系,G'—γ與tanδ~γ曲線可平移形成疊加曲線,表明Payne效應主要取決于橡膠分子鏈解纏結。在觸變實驗中,填充橡膠的模量回復程度隨()增大而降低,表明除了橡膠分子鏈的貢獻外,填料團聚網絡破壞和重建的貢獻隨()增加逐漸增大。在非線性松弛試驗中,阻尼函數(h(γ))的衰減速度隨(

5、)增加而愈加明顯。。對于不同()的體系,通過平移h(γ)~γ關系可疊加到SSBR曲線上。首次將應變放大效應引入填充橡膠在剪切作用下的非線性流變行為。由于剛性粒子的存在,基體分子鏈的局部應變遠大于宏觀應變,導致填充體系的非線性黏彈行為隨()增大而增強。 研究了SSBR/SiO2體系在簡單剪切、振蕩剪切和穩(wěn)態(tài)拉伸等不同作用模式下的流變行為。發(fā)現填充SSBR的粘度(η)、應力(τ)和模量(G)等流變學參數的應變速率(γ)和γ依賴性類似

6、于未填充SSBR體系,表明基體分子鏈的纏結網絡是流變行為的主導因素。在穩(wěn)態(tài)剪切中,填充體系的屈服現象隨()增加而逐漸減弱,這是由于填料粒子限制了分子鏈運動能力。同時,Cox—Merz規(guī)則可較好地描述未填充和填充SSBR的η~γ與復數粘度η*~γ關系。在低應變下,未填充和低填充量(()≤0.12)SSBR的拉伸粘度(ηE(t))符合ηE(t)=3η(t)。在高應變(ε)下,試樣發(fā)生不均勻拉伸和成頸,拉伸流變行為偏離該理論關系。ηE峰值ηm

7、與應變速率(ε)呈指數關系遞減,呈現“拉伸變稀”。填充SSBR在高ε下均呈現應力軟化,說明聚合物分子鏈的解纏結過程起主要作用。相應的臨界應變(εc)隨()增大而減小,反映了SiO2粒子的應變放大效應。此外,SiO2粒子的加入改善了SSBR體系的抗蠕變性。 研究了偶聯劑和SiO2含量對填充SSBR硫化膠力學性能的影響。結果表明NXT偶聯劑顯著提高硫化膠拉伸強度,其含量高于4.2phr時,拉伸強度幾乎保持不變,而斷裂伸長率隨僅略微下

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