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丁苯橡胶中填料网络结构及材料动静态力学性能的研究

作　者: 赵青松
导　师: 吴友平
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料纳米技术
关键词: 白炭黑丁苯橡胶原位改性填料网络结构力学性能玻璃微珠
分类号: TQ330.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

填料网络是影响橡胶复合材料动静态力学性能的非常重要的因素。胎面胶料中使用原位改性白炭黑可在不损害胎面耐磨耗性能的同时，降低轮胎滚动阻力，提高轮胎抗湿滑性能，是新型绿色轮胎胎面胶料的一个发展方向。本文系统研究了Si69原位改性对白炭黑填充SSBR和ESBR体系网络结构的影响，以及玻璃微珠对白炭黑／SSBR胶料性能的影响，发现Si69原位改性可以明显改善白炭黑在丁苯橡胶中的分散，增强白炭黑与橡胶基体的界面结合，改善胶料的动静态力学性能，玻璃微珠可以改善胶料的加工生能。主要工作如下：1、采用结合胶、SEM、GPC、RPA等手段表征了白炭黑填充SSBR和ESBR的网络结构，研究了白炭黑的份数、SBR的种类和Si69原位改性对网络结构的影响，结果表明：填料网络在填料份数大于临界值时才会形成，未经改性的含50和70phr填料混炼胶，其网络结构主要由填料粒子组成，以刚性结点为主，其Payne效应明显，且对混炼胶温度扫描，含70phr填料的胶料会出现较明显的填料聚集导致G’增加的现象。经改性后，填料的分散度提高，网络结构以柔性结点为主，而且原位改性可改善填料网络在高温下的稳定性，混炼胶的Payne效应明显减弱，门尼粘度降低，加工性能改善。与未经改性的体系相比，Si69的原位改性使混炼胶在小应变下有较高的tanδ，而在大应变下具有较低的tanδ，这是由于原位改性改善了填料的分散。结合胶的研究结果表明，分子量较大的SBR分子优先吸附在白炭黑填料表面。原位改性过程中Si69与白炭黑和橡胶发生偶联反应，界面形成了化学键，同时Si69会引起橡胶基体的微交联，极大的增加了结合胶的含量。白炭黑／SSBR体系的结合胶含量比白炭黑／ESBR体系的高，白炭黑与SSBR结合能力较强。拟合了混炼胶的RPA应变扫描G’-Strain曲线方程，估算了方程的参数，γ’_c的结果表明填料网络随填料份数的增加而变得发达，而原位改性可以降低填料网络的发达程度；填料网络结构的分形维结果表明Kraus方程用于描述白炭黑的填料网络有一定局限性。2、研究了Si69原位改性白炭黑对硫化胶结构与性能的影响。结果表明，Si69原位改性提高了白炭黑在硫化胶中的分散，降低了硫化胶的硬度，同时提高了硫化胶的300％定伸，降低了60℃时在多次应变及大应变下宽广频率范围的动态损耗，即降低了材料的动态生热。DMTA结果表明：Si69原位改性白炭黑提高了材料在0℃左右的动态损耗，因此提高了材料的抗湿滑性能。3、研究了玻璃微珠对白炭黑／SSBR胶料加工性能和动静态力学性能的影响，结果表明：玻璃微珠的加入对混炼胶的门尼粘度和动态模量，硫化胶的静态力学性能和耐磨性能影响不大；使硫化胶的动态模量增加，硫化胶动态损耗随频率和应变的增加而增加。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-32
  1.1 课题简介  16
  1.2 用于轮胎胎面胶的橡胶及填充补强体系简介  16-21
    1.2.1 乳聚丁苯(ESBR)和溶聚丁苯(SSBR)  17
    1.2.2 白炭黑  17-18
    1.2.3 硅烷偶联剂  18-20
    1.2.4 玻璃微珠  20-21
  1.3 填料网络简介  21-29
    1.3.1 结合胶  21-26
    1.3.2 填料网络在贮存中的结构形态变化  26-27
    1.3.3 表征填料网络的方法  27-29
  1.4 典型的网络模型  29-31
    1.4.1 Kraus模型  29-30
    1.4.2 CCA模型  30-31
  1.5 论文选题的目的和意义  31-32
第二章实验部分  32-39
  2.1 原材料  32
  2.2 实验设备  32-33
  2.3 配方设计  33-34
  2.4 试样制备  34-36
    2.4.1 混炼阶段  34-35
    2.4.2 硫化阶段  35-36
  2.5 测试仪器和方法  36-39
    2.5.1 门尼粘度的测定  36
    2.5.2 胶料的动态力学性能测试  36
    2.5.3 结合胶的测定  36-37
    2.5.4 凝胶渗透色谱仪(GPC)测定橡胶的分子量分布  37
    2.5.5 电镜观察白炭黑在橡胶中的形态  37-38
    2.5.6 硫化胶的拉伸撕裂性能测试  38
    2.5.7 硫化胶的磨耗和压缩疲劳测试  38-39
第三章结果与讨论  39-70
  3.1 填料网络的研究  39-59
    3.1.1 结合胶的含量  39-42
    3.1.2 填料网络的形态  42-46
    3.1.3 橡胶分子在填料表面的吸附状态  46-48
    3.1.4 填料粒子在高温下聚集的研究  48-51
    3.1.5 填料网络对混炼胶动态力学性能影响的表征——Payne效应  51-57
    3.1.6 混炼胶的RPA应变扫描G'-Strain曲线方程的拟合  57-59
  3.2 硫化胶的结构与性能  59-65
    3.2.1 硫化胶的微观结构  59-60
    3.2.2 硫化胶的静态力学性能  60-61
    3.2.3 硫化胶的动态力学性能  61-65
  3.3 玻璃微珠对白炭黑/SSBR胶料性能的影响  65-70
    3.3.1 混炼胶的加工性能  65-66
    3.3.2 硫化胶的性能  66-70
第四章结论  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
研究成果及发表的学术论文  75-76
导师及作者简介  76

丁苯橡胶中填料网络结构及材料动静态力学性能的研究

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