论文部分内容阅读
近年来,随着国家节能减排战略目标的实施,汽车安全、舒适、节能的要求逐年提高,与其配套的轮胎要求具有优异的抗湿滑性能、耐磨性、低滚动阻力特性等,但这三项性能难以同时改善,往往其中的一项或两项性能改进的同时会引起另一项或两项性能的损失,人们常将这三项性能称为“魔鬼三角”。为平衡该三种性能,必须在橡胶的分子结构的设计改性以及填料补强结构上有新的突破。众所周知,橡胶分子间的内摩擦损耗和松弛特性是制约其低滚阻和高抗湿滑性能的主要因素,因此节能橡胶的分子结构设计及实施是研究的热点课题之一。在轮胎工业中,大量白炭黑用于补强胎面,收到了显著的节能和高抗湿滑效果,但带来的另一问题是易积蓄静电。因此,通过分子结构设计和纳米填料增强以及添加其他导电填料,来提高填料分散性及复合材料的抗静电性,并平衡轮胎的“魔鬼三角”性能的目标是本论文致力研究的方向。论文的第一部分,主要研究了五种胎面用丁苯橡胶／炭黑复合材料的结构-性能及防静电特性。结果表明,四种溶聚丁苯橡胶的力学性能和湿抓着性能与乳聚丁苯橡胶相近,但生热性和低滚动阻力特性明显优于乳聚丁苯橡胶；四种溶聚丁苯橡胶相比,星形SSBR的力学性能优异,内摩擦损失最低,抗湿滑性好且滚动阻力低,其次为SL552,2305和YL950,表明偶联结构的SSBR具有显著的节能特征。但YL950的门尼粘度低,加工性能优异,硫化时间短,且胶料的防静电性能优异。还研究了高分子量充油SSBR胶料的结构-性能及防静电性,充油SSBR表现出良好的炭黑分散性和较低的滚动阻力特性。对于50份炭黑填充上述丁苯胶料的电阻率均能满足防静电性要求,说明分子结构参数变化和端基改性技术对SSBR胶料的防静电性能影响不大。根据本章的结论,有助于选择新型胎面用丁苯橡胶,并对本论文后几章研究具有指导意义。论文的第二部分,研究了节能,高性能且防静电胎面用胶的配方。首先研究了炭黑及白炭黑填充SSBR胶料的防静电性和白炭黑填充胶料的加工工艺,发现50份炭黑可使胶料具有抗静电性和良好的力学性能,而SSBR/SiO2胶料则表现出绝缘特性。其次,分别研究了SiO2/CB不同并用比填充SSBR YL950和ESBR 1500复合材料的结构与性能关系及防静电特性。实验结果表明,在填充量为70phr的橡胶基体中,炭黑由约30nm的较透明的球状颗粒形成珠链状网络结构。该胶料的Payne效应高,动态损耗高,但具有优异的抗静电性能；SiO2粉体在橡胶中为黑色20-40nm的不规则颗粒,胶料表现出优异的湿抓着性能,低的内摩擦损耗,但静电积累量大。SiO2/CB并用填充SSBR复合材料的力学性能呈现“协同效应”,尤其当SiO2/CB并用比为20／50时,复合材料的物理机械性能、低生热性、磨耗性能、抗湿滑性和滚动阻力均达到较佳水平,且满足防静电性要求。而SiO2/CB(35／35)为复合材料防静电性的渝渗阈值,而当填料总量变化,SiO2/CB (1/1)填充SSBR胶料,由于粒子间距较远或纳米填料的分散性差,均未达到防静电要求。接着研究了导电炭黑部分取代炭黑和四针状氧化锌晶须填充SSBR/SiO2/CB复合材料的防静电性,力学性能及生热性等,得出导电炭黑用量增加,防静电性能提高,但力学性能降低,填料的分散性变差,且生热高的结果,对于SiO2/CB并用比为40／30时,满足防静电性的导电炭黑最小用量为3 phr；而防静电氧化锌晶须,虽然具有独特立体四针状显微结构,但在加工过程中,易折断,不利于导电网络的形成,而且填充补强效果差,所以在加工工艺上还有待改善。此外,硫化胶的不同停放时间对复合材料的电阻率的影响不大,高芳油加入对复合材料力学性能和生热性有所改善,但对防静电性能的不利。论文的第三部分,研究了端基改性SSBR的结构与性能及其与炭黑的相互作用。其一,从分子结构设计角度出发,在阴离子活性聚合反应末期加入大体积官能团,叔丁基二苯基氯硅烷进行封端改性,制备出分子链末端可以吸附炭黑,并起到钝化大分子链自由末端作用的溶聚丁苯橡胶,通过核磁技术证明了端基改性溶聚丁苯橡胶的反应结果,并根据核磁谱图中相关特征峰的峰面积计算了封端效率(即带有大体积官能团的大分子链末端数与总的分子链末端数之比)。大体积官能团封端后的胶料经过炭黑补强,填料-聚合物作用大大增强,填料分散性也显著提高,分子链自由末端明显减少,因此复合材料的力学性能和回弹性提高,生热和滞后损失明显降低,高抗湿滑和低滚动阻力等特性也得到明显的改善,并将其与星形溶聚丁苯橡胶和普通溶聚丁苯橡胶进行对比,由于大体积官能团可以钝化分子链末端(减少内摩擦损耗和增加在外立场中的取向度)和吸附炭黑的作用,其综合性能优异,适合作为节能型胎面胶料应用到轮胎工业中。其二,还研究了用对苯醌做模型化合物,来模拟Sn-C键向炭黑表面的键接反应机理,采用DSC, FTIR, GPC-UV联用等技术,追踪自合成的模型化合物-锡偶联聚丁二烯与对苯二醌的反应过程,并鉴定了反应产物,研究发现偶联型SSBR在空气和氮气气氛中分别于180和198℃出现化学键的断裂吸热峰,Sn-C键键能比C-C键弱,在热、力或化学催化作用下易断裂生成自由基,之后被醌基捕捉,形成端部带完整苯环结构的化合物。从而揭示了Sn偶联SSBR的Sn-C键向炭黑表面的键接转移机理以及Sn偶联SSBR内耗低的本质所在,为端基改性技术在SSBR中的应用提供了理论基础。