改性低分子量聚异戊二烯橡胶的合成与应用

采用阴离子溶液聚合法合成了低分子量3,4-聚异戊二烯(LPI), 并对其进行改性, 制备了硅氧烷改性的低分子量3,4-聚异戊二烯(MLPI), 将其应用于白炭黑补强的溶聚丁苯橡胶(SSBR)复合材料, 探究了端基改性物LPI-丙基甲基二甲氧基硅烷(LPI-CMDS)、 LPI-丙基三甲氧基硅烷(LPI-CTMS)、 LPI-丙基三乙氧基硅烷(LPI-CTES)和接枝改性物3-巯丙基三乙氧基硅烷接枝改性LPI(LPI-g-MTS)对SSBR复合材料中白炭黑的分散以及硫化胶性能的影响. 混炼胶的应变扫描和结合胶含量分析结果表明, MLPI增强了填料与聚合物之间的相互作用, 改善了白炭黑在复合材料中的分散, 其中LPI-g-MTS因活性位点多, 效果最佳; 与填充LPI的复合材料相比, 硫化胶的物理机械性能, 尤其是填充LPI-g-MTS后硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度分别提升了89.66%和27.15%, 这为改善白炭黑在非极性橡胶中的分散提供了一条新途径.     

橡胶-填料相互作用对丁苯橡胶/白炭黑复合材料性能的影响

本文研究了硅烷偶联剂原位改性白炭黑对溶聚丁苯橡胶(SSBR)性能的影响,结果表明,通过哈克转矩流变仪对含有偶联剂的SSBR/白炭黑混炼胶进行原位热处理后可明显减弱混炼胶的Payne效应,改善白炭黑在橡胶基体中的分散.原位热处理方法能够明显提高硫化胶的300%定伸应力,降低动态压缩温升,同时可使硫化胶在0℃附近具有较高的损耗因子(tanδ),60℃附近具有较低的tanδ.对不同聚合方式得到的丁苯橡胶,即溶聚丁苯橡胶与乳聚丁苯橡胶(ESBR)/白炭黑复合材料的力学性能及动态力学性能进行了研究,结果表明,白炭黑在SSBR2305中分散效果优于在ESBR1502中;采用偶联剂原位改性白炭黑可以使SSBR2305硫化胶获得与ESBR1502硫化胶相当的物理机械性能,更理想的动态力学性能,从而得到力学性能、抗湿滑性、滚动阻力及耐磨性更加均衡的理想轮胎材料.通过对具有不同偶联效率的SSBR/白炭黑体系的微观结构与性能研究发现,随偶联效率的增加,其结合橡胶含量增加,Payne效应减弱;高偶联效率的S-SBR具有较低的动态压缩温升及较好的耐磨性.     

TBIR改性BIIR/NR共混物的结构与性能

研究了新型合成橡胶——高反式-1,4-丁二烯-异戊二烯共聚橡胶(TBIR)对全钢轮胎气密层并用橡胶——溴化丁基橡胶(BIIR)/天然橡胶(NR)(质量比70/30)的改性作用,探讨了BIIR/NR/TBIR共混物的交联密度、填料分散性及力学性能,特别是并用硫化胶的气密性及屈挠疲劳性能等.结果表明,与无定型的BIIR和NR相比,结晶性TBIR的引入提高了炭黑填充的BIIR/NR/TBIR混炼胶的强度和模量,且随着TBIR用量的增大,混炼胶中TBIR的结晶熔融峰更明显,混炼胶的强度与模量显著提高.硫化特性结果表明,随着TBIR用量的增大,BIIR/NR/TBIR共混物的硫化速率略有提高,交联密度略有降低;TBIR用量为10~30份(生胶总质量的10%~30%)时,BIIR/NR/TBIR硫化胶在机械性能基本保持不变的情况下,耐热氧老化性能提高10%以上,耐一级屈挠疲劳性能提升2~5倍,气密性提高17%.炭黑分散结果表明,经过动态疲劳实验BIIR/NR硫化胶中炭黑聚集体的平均粒径增大至11.5μm,明显大于BIIR/NR/TBIR硫化胶中炭黑聚集体的平均粒径.对含TBIR硫化胶在周期性应力应变过程中的结构演变及对耐疲劳裂纹引发性能的影响机制进行了探讨,结果表明,TBIR可改性BIIR或者BIIR/NR制备高抗裂口引发的全钢轮胎气密层材料.     

稻壳基二氧化硅/碳复合材料的表面改性及对天然橡胶的影响

以稻壳基二氧化硅/碳复合材料(SiCB)作为天然橡胶(NR)的补强填料, 采用表面化学改性的方法将天然乳胶(NRL)接枝到SiCB表面, 改善其与NR基体的相容性. 研究了不同处理方法对接枝NRL效率的影响, 以及填料填入NR后对硫化橡胶力学性能的影响. 结果表明, 经过硝酸和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-MPTMS)预处理, NRL能高效接枝在SiCB表面, 得到的样品SiCB_MR10比未处理的SiCB_P有更强的补强能力. 硫化胶NR/SiCB_MR10的拉伸强度、 300%定伸和撕裂强度较NR/SiCB_P分别提高了61.06%, 27.15%和15.90%, 与传统炭黑产品N774填充的硫化胶NR/N774的力学性能相近. 经过NRL接枝改性的SiCB_MR10具有替代商业炭黑的应用前景.     

硅土/白炭黑复合填料对天然橡胶硫化胶性能的影响

硅土主要是由低温石英和粘土矿物组成的非金属矿物,具有独特的粒片叠置结构。本工作采用经改性处理的硅土与白炭黑并用,测定硅土/白炭黑复合填料对天然橡胶(NR)的硫化特性和力学性能,探讨填料并用对天然橡胶性能的影响。实验结果表明:经改性处理,硅土平均粒径减小,疏水性增强。硅土与白炭黑并用,有利于增强NR硫化初期的流动性,延长焦烧时间而不明显降低硫化速率,能改善橡胶的加工性能。拉伸性能测试结果表明,复合填料与白炭黑或硅土单独使用相比,能显著提高填充NR硫化胶的拉伸强度、定伸应力、交联密度,而不降低橡胶弹性。当硅土占复合填料质量为40%时,NR硫化胶的拉伸强度达到最大。动态机械性能测定结果表明,相比白炭黑,硅土更有利于减小硫化胶的生热和滚动阻力。     

微波处理和溶胶凝胶法共同改性废胶粉及其与天然橡胶复合材料性能的研究

采用微波处理打断废胶粉(WRP)的三维网状结构用来提高WRP在有机溶剂中的溶胀性,然后采用溶胶凝胶法,将微波改性后的WRP浸入正硅酸乙酯中,通过水解反应和缩合反应,在WRP表面原位生成SiO2网络,从而制得改性废胶粉(MWRP).将制得MWRP与天然橡胶(NR)共混,制备了NR/MWRP复合材料,研究了NR/MWRP复合材料的性能.通过热重分析仪、差示扫描量热仪和力学分析表明微波处理最佳时间是20 s.由于微波处理提高了NR与WRP的相容性,原位生成的SiO2粒子起到了补强作用,所以所制备的NR/MWRP复合材料拥有较好的力学性能;随着Si69的加入,抑制了SiO2粒子聚集,提高了SiO2粒子的分散性,从而进一步提高复合材料的力学性能并降低复合材料的Payne效应;在进行频率扫描时,硫化胶的储存模量随频率的增大而增大;硫化胶的温度扫描结果表明,随着温度的升高,复合材料中SiO2粒子聚集程度加剧并且复合材料出现老化的现象.为了提高复合材料的耐老化性能,N,N-间苯撑双马来酰亚胺(BMI)作为一种防老剂加入复合材料中,BMI利用Diels-Aider反应补偿橡胶在老化过程中所损失的交联键并提高NR与WRP的界面相容性,从而提高复合材料的耐老化性能.     

基于天甲橡胶的高性能生物基弹性体制备及性能研究

天甲橡胶(MGNR)是生物基高分子材料天然橡胶(NR)的一种改性产品,较高的门尼黏度导致MGNR作为橡胶制品主要成分的研究鲜见报道.本文将极性的MGNR与非极性的NR并用,NR分子链较高的柔顺性使MGNR的门尼黏度得到有效降低,改善了MGNR的加工性能.进而添加表面具有硅羟基的气相法白炭黑,一方面,白炭黑与MGNR、NR形成结合胶;另一方面,白炭黑表面的硅羟基与MGNR的侧链甲基丙烯酸甲酯形成较强的相互作用,白炭黑作为"桥梁"改善了MGNR与NR之间的相容性.随着白炭黑含量的提高,MGNR/NR(40/60)硫化胶的拉伸强度与断裂伸长率均逐渐增大.当白炭黑的填充量为10 phr时,硫化胶的拉伸强度为31.2 MPa,断裂伸长率为605%.相比于未填充白炭黑的硫化胶分别提高了42.4%和28.9%,相比于纯MGNR分别提高了55.2%和93.9%.     

粉煤灰/硅橡胶复合材料的性能研究

以粉煤灰为填料,采用Si-69、钛酸酯和硬脂酸三种偶联剂对其进行表面处理,采用红外光谱仪和扫描电镜分析了改性前后粉煤灰的表面结构和形貌,而后将粉煤灰添加到硅橡胶中,比较粉煤灰改性前后复合材料的力学性能和阻燃性能。实验结果表明:红外光谱证实三种偶联剂改变了粉煤灰的表面结构,SEM观察到改性后粉煤灰的比表面积得到了提高;改性粉煤灰/硅橡胶复合材料的力学性能和阻燃性能比未改性的粉煤灰/硅橡胶复合材料得到了较大的提高。当添加量为1%的硬脂酸改性粉煤灰/硅橡胶复合材料的力学性能和阻燃性能最佳。     

一种新型硅藻土填充橡胶纳米复合材料研究

橡胶的填料问题一直是人们的研究热点,针对炭黑和白炭黑在橡胶生产中存在的污染问题,本文选用成分结构与白炭黑类似的硅藻土来填充各种橡胶。首先对硅藻土进行了改性,并对不同改性剂改性硅藻土用于填充橡胶进行了研究。结果表明2.5份偶联剂Si69的改性效果最佳。通过机械共混法制备了改性硅藻土/橡胶纳米复合材料,通过力学性能测试确定了比较适合硅藻土填充的橡胶是氟橡胶、三元乙丙橡胶和丙烯酸酯橡胶。绿色环保且价格低廉的硅藻土可以替代白炭黑增强填充氟橡胶、三元乙丙橡胶和丙烯酸酯橡胶。     

环氧天然橡胶接枝高分散白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备及表征

基于白炭黑表面硅羟基与环氧基团的可反应性,利用Haake流变仪的高温高剪切作用,在170℃下,实现了环氧天然橡胶(ENR)对白炭黑的固态原位接枝,制备出一种高分散疏水型白炭黑.探讨了白炭黑和ENR的反应配比对增强性能的影响,确定合适的反应比例为3∶1.FTIR、TGA和TEM的分析结果证实了ENR被接枝到白炭黑表面上.对比研究了接枝前、后白炭黑对增强天然橡胶(NR)复合材料性能的影响,测试结果表明接枝白炭黑在天然橡胶中具有良好的分散性并能明显改善对天然橡胶的增强效果;接枝于白炭黑表面上的环氧天然橡胶分子玻璃化转变向高温偏移,使该复合材料在常温下具备优异力学性能的同时也体现出了高动态滞后的特点.     

改性木薯淀粉/橡胶复合材料的制备及性能研究

以木薯淀粉、马来酸酐、苯乙烯为原料,过硫酸钾为引发剂,通过溶液共聚合成了一系列苯乙烯改性淀粉树脂(SMS)。然后将改性淀粉同丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)进行混炼、硫化模压成型,制得苯乙烯改性淀粉/丁苯橡胶/天然橡胶复合材料。采用红外光谱(IR)对苯乙烯改性淀粉接枝共聚物进行了结构表征。通过拉伸性能测试考察了不同苯乙烯含量的木薯淀粉接枝产物对丁苯橡胶/天然橡胶的力学性能的影响。结果表明,淀粉改性后,随着苯乙烯含量的增多,所得复合橡胶的拉伸强度与邵氏硬度均呈现先增加后降低的趋势。当苯乙烯用量为15%时所制得的苯乙烯改性淀粉/丁苯橡胶/天然橡胶复合材料的拉伸强度与邵氏硬度最大且优于未改性淀粉复合材料,其拉伸强度为2.0MPa,邵氏硬度为25.8HD。     

3-氨丙基三乙氧基硅烷对聚氨酯/Al-Sm_2O_3复合涂层自然老化性能的影响

通过硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性聚氨酯(PU)/Al-Sm_2O_3复合涂层,从功能特性和力学性能角度系统研究了改性前后涂层自然老化性能的变化规律。结果表明,改性后PU/Al-Sm_2O_3复合涂层的红外发射率对自然老化的稳定性得到明显增强,在同等条件下改性后的涂层发射率要明显低于未改性的涂层发射率。改性后涂层表面的Sm_2O_3颗粒分散更加均匀,对近红外光的吸收强度有所增强,从而使改性后涂层对1.06μm近红外光的反射率要明显低于未改性涂层。改性前后涂层的硬度对自然老化具有良好的稳定性,其硬度可保持在3 H;未改性涂层的附着力和耐冲击强度受自然老化影响明显,但改性后涂层的附着力和耐冲击强度得到明显加强,经自然老化4个月后仍然可保持在1级和50 kg·cm。     

白炭黑增强型硅橡胶的组成及抗原子氧性能分析

为明确空间级硅橡胶的化学组成及填料添加对材料物理性能的影响, 采用填料复合方式制备硅橡胶高聚物材料, 并通过化学成分测试、 原子氧暴露试验及力学性能测试等研究其结构组成与物理性能. 经微观粒径测试得出硅橡胶中白炭黑填料粒径主要分布在8~16 μm; 经傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 核磁共振波谱( ¹H NMR和 ²⁹Si NMR)和溶胶凝胶渗透色谱(GPC)测试得出硅橡胶中含有Si—Me, Si—Ph, Si—O—Si等基团和甲基、 苯基等官能团, 其分子量分散系数为1.56, 并进一步推断出硅橡胶的分子结构及基胶与交联剂的反应类型为脱羟胺型; 经原子氧暴露试验及力学试验证实, 与未改性白炭黑填充的硅橡胶高聚物材料相比, 经硅烷改性白炭黑填充的硅橡胶高聚物材料表现出更好的抗原子氧性能, 动态力学测试后储能模量高54%, 并具有更好的应力应变响应性能. 研究结果表明, 采用表面改性处理方式可增强填料与硅橡胶基质的相互作用, 从而提高填料复合型硅橡胶高聚物材料的抗原子氧性能及综合力学性能.     

硅烷偶联剂对SSBR/SiO_2混炼胶体系动态流变行为的影响

研究了高填充白炭黑(SiO2)补强溶液聚合丁苯橡胶(SSBR)混炼胶体系的动态流变特性,分别考察了在2个混炼温度(120℃、160℃)下添加3种不同偶联剂(TESPT、TESPD、NXT)对其体系中SiO2粒子表面改性的效果.结果表明,在较低混炼温度下添加偶联剂,不利于SiO2粒子表面改性.在较高混炼温度下,偶联剂TESPT、PESPD、NXT均对SiO2粒子表面有改性效果,但同时引起混炼胶不同程度的焦烧,其中以TESPT最明显.随SiO2粒子表面改性程度的提高,出现“Payne效应”的临界应变(γc)值以及低频率(ω)区域lgG′-lgω曲线的斜率值均增大,反映出偶联剂对SiO2与SSBR相互作用的促进以及SiO2粒子分散的改善.     

新型有机/无机复合紫外吸收剂的制备及其在PVC中的应用

将全波段紫外吸收剂聚苯并咪唑(PBI)与纳米SiO_2复配制备了有机/无机复合紫外吸收剂,用于改善聚氯乙烯(PVC)的紫外老化性能。为了增强纳米SiO_2与PBI之间的相互作用,先用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米SiO_2改性,产物命名为MSiO_2,然后将PBI涂覆到MSiO_2表面得到复合填料PBI@MSiO_2,最后将填料与PVC通过溶体共混制备复合材料。使用紫外-可见分光光度计和万能拉伸试验机等对复合材料的紫外吸收性能和力学性能等进行了表征和对比分析。结果表明,PBI@MSiO_2粒子显著改善了复合材料的紫外吸收性能,375nm处的紫外吸收率可达99%;并改善了复合材料的力学性能和屈服强度,当PBI@MSiO_2质量分数为6%时,复合材料屈服强度可达63.3MPa。     

稀土化合物改性炭黑/天然橡胶复合材料的制备与性能

用铕（Eu）、钬（Ho）、饵（Er）和镝（Dy）4种稀土（Ln）氧化物（Ln2O3）制备了稀土氢氧化物改性炭黑，然后加入天然胶乳（NRL），采用凝聚共沉法制备了粉末状的稀土改性炭黑，天然橡胶复合材料P[NR／HAF-Ln（OH）3]。研究了稀土种类和用量对P[NR／HAF-Ln（OH）3]的粒径分布及其硫化胶物理机械性能的影响。结果表明，稀土可以提高NRL与乳化炭黑构成的粉末体系的成粉率，当Ho，Er的用量为1．0％或Dy的用量为0．5％时均可使粒径小于0．9mm的产物达100％；稀土的存在可显著提高P[NR／HAF-Ln（OH）3]硫化胶的拉伸强度和撕裂强度，而Er和Dy还可明显降低硫化胶的永久变形；SEM分析表明，HAF-Dy（OH）3以团粒形态存在于NR基体中，团粒表面覆盖一层NR膜，团粒与NR构成的界面模糊，说明HAF-Dy（OH）3与NR基体结合紧密，这是P[NR／HAF-Ln（OH）3]具有较好物理机械性能的主要原因。     

中空多壳层TiO2填充对环氧树脂复合材料力学性能的影响

为改善环氧树脂(EP)材料的力学性能, 采用次序模板法合成了TiO₂中空多壳层结构(HoMS)材料, 利用偶联剂对获得的TiO₂ HoMSs进行接枝改性后填充到EP中, 制备了TiO₂ HoMSs/EP复合材料; 并与单壳层TiO₂中空结构进行比较, 研究了壳层数和偶联剂改性对复合材料力学性能的影响规律. 结果表明, 随着壳层数的增加, 复合材料的力学性能增强, 并且偶联剂改性的TiO₂ HoMSs可进一步提高复合材料的力学性能. 在该体系中, 经硅烷偶联剂KH-560改性后的三壳层TiO₂ HoMSs(3S-TiO₂ HoMSs)/EP复合材料的拉伸强度、 断裂伸长率和冲击强度可分别达到71.66 MPa, 7.4%和35.81 kJ/m². 扫描电子显微镜(SEM)断面形貌表征结果显示, 相较于纯EP材料, TiO₂ HoMSs/EP复合材料的断面更加粗糙, 说明TiO₂ HoMSs材料起到了吸收外界应力和阻碍裂纹扩展的作用, 提高了复合材料的韧性, 提升了复合材料的冲击性能.     

尼龙短纤维/白炭黑填充天然橡胶的流变与动态力学行为

以尼龙短纤维(NSF)增强天然橡胶(NR)混炼胶为研究体系,以马来酸酐接枝天然橡胶(MNR)为增容剂,考察增容剂、NSF含量对NR/NSF母胶动态流变行为的影响;将NR/NSF母胶加入30份白炭黑(Si O2)填充NR混炼胶中,对比研究NR/NSF、NR/NSF/Si O2混炼胶的线性与非线性流变行为及动态力学行为,采用修正的两相模型分析"粒子相"的增强作用,探讨硫化胶储能模量E'和损耗因子tanδ的变化.结果表明,MNR影响NSF在基体中的分散性和NSF/NR混炼胶的动态流变行为;高填充Si O2和少量NSF之间存在协同增强作用,使NR/NSF/Si O2混炼胶的补强因子和应变放大因子均高于NR/NSF混炼胶,显著增加"粒子相"的黏性与弹性贡献,限制"粒子相"的松弛;硫化胶的E'和tanδ峰值随NSF体积分数增加分别升高和降低.     

氢化丁腈橡胶/聚甲基丙烯酸镁/有机蒙脱土纳米复合材料制备及其耐介质老化性能

采用原位聚合和混炼插层相结合技术制备了氢化丁腈橡胶/聚甲基丙烯酸镁/有机蒙脱土(HNBR/PMgMA/OMT)纳米复合材料,通过XRD,SEM和TEM等测试方法研究了HNBR/PMgMA/OMT纳米复合材料的结构、形态和性能.PMgMA离子簇与未反应完全的MgMA单体形成纳米-微米共存形态结构,PMgMA对HNBR有显著的增强效果,HNBR/PMgMA/OMT纳米复合材料具有良好的加工性能、物理机械性能和耐介质老化性能.TEM结果显示MgMA/OMT并用有助于OMT剥离分散,有机蒙脱土在硫化胶中形成以剥离和插层为主、反插层和未插层共存的微观结构;SEM显示当MgMA/OMT用量为20/10份时能明显改善复合材料的界面结合,此时纳米复合材料的拉伸强度、扯断伸长率和扯断永久变形分别为30.2 MPa,520%和30%;同时具有优异的耐热空气和耐油老化性能,耐热水性能也明显改善,在165℃的热空气、水和油中长期老化14天的老化系数分别达到0.61,0.63和0.84,其耐介质老化性能明显好于炭黑增强HNBR硫化胶及HNBR/PMgMA复合材料.良好的蒙脱土片层分散结构是提高HNBR/PMgMA/OMT纳米复合材料耐介质老化性能的主要原因.     

PP-g-(MAH/St)和PP-g-MAH对聚丙烯/木粉复合材料性能的影响

在转矩流变仪中用熔融接枝法制备马来酸酐(MAH)和苯乙烯(St)接枝聚丙烯（PP）-PP-g-(MAH/St)和PP-g-MAH,将其作为聚丙烯/木粉复合材料的相容剂。 FTIR证实MAH和St单体与PP发生接枝反应。 用SEM和DSC等手段考察两种相容剂对PP/木粉复合材料微观形貌和结晶性能的影响,探索了各种PP/木粉复合材料加工和力学性能不同的内在原因。 SEM显示,PP-g-(MAH/St)改性木粉比PP-g-MAH改性木粉在PP基体中分散性更佳,木粉与PP的界面更加模糊,相容性进一步改善。 DSC结果表明,PP-g-(MAH/St)改性体系可增强木粉对PP的异相成核作用,提高结晶温度和结晶度。 复合材料的加工和力学性能测试结果表明,PP-g-(MAH/St)改性效果明显优于PP-g-MAH。 复合材料的熔体质量流动速率随相容剂用量的增加而逐步下降,PP-g-(MAH/St)改性体系拉伸强度和弯曲强度却逐步上升,并在相容剂用量为4.8 g/100 g PP时达到极值。 此时其拉伸强度达40.62 MPa,分别是未改性体系和PP-g-MAH改性体系的1.29和1.17倍;其弯曲强度达45.72 MPa,分别是未改性体系和PP-g-MAH改性体系的1.23和1.59倍;而无缺口冲击强度却在相容剂用量为3.6 g/100 g PP时达到极值13.35 kJ/m2,分别是未改性体系和PP-g-MAH改性体系的1.62倍和1.42倍。