溶聚丁苯橡膠納米復(fù)合材料界面定量研究：白炭黑性質(zhì)的影響.pdf

1、為節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，低碳節(jié)能的“綠色”輪胎已成為輪胎行業(yè)發(fā)展的主題和方向。白炭黑作為綠色輪胎常用的補(bǔ)強(qiáng)劑，兼顧了安全性和經(jīng)濟(jì)性原則，可以顯著降低滾動(dòng)阻力，節(jié)省燃油，溶聚丁苯橡膠也具有生熱低和耐磨耐屈撓等優(yōu)點(diǎn)，因而通常被作為綠色輪胎的胎面膠。對(duì)于具有多層次多尺度復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)的橡膠基納米復(fù)合材料而言，填料粒子在基體中的空間分散與復(fù)合材料的界面相互作用是制備高性能復(fù)合材料的關(guān)鍵因素。作為橡膠與無機(jī)納米粒子之間連接的紐帶，界面

2、可以起到傳遞應(yīng)力的作用，進(jìn)而影響復(fù)合材料的宏觀性能，界面研究具有重要的意義和價(jià)值。但是傳統(tǒng)的界面表征方法大多是間接、定性或者半定量的，并不能得到準(zhǔn)確的結(jié)論，界面微觀結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制等仍沒有確切的認(rèn)識(shí)。本論文我們采用原子力顯微鏡(AFM)的峰值力定量納米力學(xué)技術(shù)(PF-QNM)，建立了一種定量表征白炭黑/溶聚丁苯橡膠納米復(fù)合材料界面性能的方法，系統(tǒng)研究并揭示了白炭黑的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)填料橡膠間界面相互作用及界面性能的影響規(guī)律，旨在有效提高材料

3、的綜合性能。我們主要進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究:
　　1、采用AFM的PF-QNM模式對(duì)SiO2/SSBR納米復(fù)合材料進(jìn)行表征，得到了清晰的高度圖、粘附力圖和楊氏模量圖等，利用填料周圍界面層區(qū)域納米力學(xué)性能逐漸增大的現(xiàn)象，建立了微觀定量納米識(shí)別SiO2/SSBR納米復(fù)合材料界面厚度的方法。此外，我們觀察到了界面雙層結(jié)構(gòu)，對(duì)緊致層和疏松層的厚度分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。通過HR-TEM對(duì)結(jié)合膠的直接觀察發(fā)現(xiàn)緊密層厚度約為4nm，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)

4、確性。
　　2、從填料表面化學(xué)基團(tuán)對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響這一角度出發(fā)，用KH570、Si69和DA-Si69三種改性劑處理白炭黑表面，從AFM的結(jié)果可知，改性后白炭黑與橡膠間界面厚度值有不同程度的提高，Si69比KH570改性白炭黑具有與橡膠基體更大的界面層厚度值，DA包覆后界面層厚度進(jìn)一步增加。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)界面層厚度的增加主要在于疏松層。之后我們還利用掃描電鏡，動(dòng)態(tài)機(jī)械分析，熱力學(xué)參數(shù)分析以及力學(xué)性能測(cè)試等，綜合分析后發(fā)現(xiàn)界

5、面相容性和界面相互作用增加，與AFM結(jié)果一致。
　　3、采用不同用量的Si69對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理，研究了改性劑的接枝率對(duì)SiO2/SSBR納米復(fù)合材料界面性能的影響規(guī)律。AFM的結(jié)果表明，隨著接枝率的提高，復(fù)合材料界面層厚度逐漸增大，由8.3 nm提高到了17.2 nm，且增大主要在于疏松層的厚度。與此同時(shí)，我們根據(jù)填料的分散性、Tg的變化、界面張力的大小以及拉伸強(qiáng)度的變化情況等得出，隨著接枝率的提高，填料-橡膠間的界面相容性提