表面改性二氧化硅/橡胶纳米杂化材料的制备及性能研究

摘要

纳米二氧化硅（俗称白炭黑）作为优异的补强填料在橡胶材料领域得到了广泛的应用。在绿色轮胎胎面胶（SSBR/BR）中，价格低廉、性能优异的白炭黑可作为增强剂用于替代炭黑；在硅橡胶复合绝缘子和硅酮密封胶中引入白炭黑可以提高其力学性能。本文选用一系列可分散性白炭黑（DNS）和可反应性白炭黑（RNS）对高性能轮胎胎面胶、甲基乙烯基硅橡胶及硅酮密封胶进行增强，考察了其增强效果。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了高分散白炭黑在SSBR/BR胎面胶中的最佳添加量，接着研究了不同种类白炭黑对SSBR/BR胎面胶力学性能的影响。结果表明，白炭黑在胎面胶SSBR/BR中的最佳添加量为50 phr；DNS-1和 DNS-3对 SSBR/BR的力学性能增强效果最好，其对SSBR/BR力学性能的增强作用则与高分散白炭黑1165MP的相当。DNS-1增强SSBR/BR杂化材料的耐磨性能和抗湿滑性能优于高分散白炭黑1165MP增强SSBR/BR杂化材料；DNS-3增强SSBR/BR杂化材料的滚动阻力最小。总体而言，具有较大比表面积、孔径和孔体积的白炭黑补强 SSBR/BR的力学性能效果较好，主要是因为此类白炭黑与橡胶分子的接触面积较大、相互作用较强。⑵以市场硅橡胶绝缘子常用白炭黑T-928为基准，考察了原料配比、白炭黑结构特征等因素对对硅橡胶绝缘子力学性能的影响。结果表明：硅橡胶高压绝缘子伞裙材料的最佳配方为：硅橡胶:SiO2:ATH:羟基硅油:偶联剂:硫化剂=100:36:100:2.0:0.1:1.5（质量，克；ATH为氢氧化铝的缩写）。通过探索不同偶联剂对硅橡胶绝缘子力学性能的影响发现，分子中含有双键的偶联剂A-151的增强效果最好，这是因为其双键能够与硅橡胶中的乙烯基发生加成反应，从而提高交联密度和SiO2/ATH/SR杂化材料的机械性能。当白炭黑的比表面积（BET法）为300 m2/g、孔径为25 nm、孔体积为2.0 cm3/g、表面羟基含量为5×1017个/m2左右时，其对硅橡胶力学性能的增强效果较好。不同种类的白炭黑中，DNS-3的增强效果最好，这可能与其较大的比表面积（341 m2/g）和较小的粒径（5 nm）有关。将硬脂酸（质量比1:1000）改性ATH（m-ATH）用于填充SR，可以显著改善硅橡胶的断裂伸长率；这可能是由于硬脂酸分子中的羧基和 ATH粉体表面的羟基能够发生类似于酯化反应的化学键合，而互相缠绕的硬脂酸长碳链能够提高 ATH粉体与甲基乙烯基硅橡胶之间的界面相容性所致。选择DNS-3作为增强剂、m-ATH（0.1 g硬脂酸）作为阻燃剂，得到的SiO2/ m-ATH/SR杂化材料的力学性能以及阻燃性能和电学性能均满足高铁绝缘子材料的使用要求。⑶研究了白炭黑水分含量对硅酮密封胶施工性能的影响，探讨了不同种类白炭黑对硅酮密封胶增强效果的差异及其原因。结果表明，当白炭黑水分含量在1％以内时，制备的硅酮密封胶具有较高的挤出速率、表干时间，能满足施工性能要求。DNS-1和气相法白炭黑HL-200的增强效果较好；相应的硅酮密封胶的拉伸强度达1.25 MPa，断裂伸长率约为350%左右，而DNS-1（表观密度较低的改性白炭黑）增强硅酮密封胶的撕裂强度优于HL-200增强同种密封胶。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 白炭黑表面改性及其补强机理

1.3 白炭黑在轿车轮胎胎面胶中的应用

1.4 硅橡胶纳米复合材料概述

1.5 选题依据与研究内容

参考文献

第二章 表面改性SiO2/SSBR/BR纳米杂化材料的制备及性能研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

参考文献

第三章 表面改性SiO2/SR纳米杂化材料的制备及性能研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

参考文献

第四章 表面改性SiO2/硅酮密封胶纳米杂化材料制备及性能研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 问题与展望

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硕士期间科研成果

致谢