橡胶/勃姆石纳米复合材料的界面与性能研究

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作者：

陈维维

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摘要：

本文采用一种新型的填料——勃姆石(boehmite,BM)来制备橡胶复合材料,并详细研究了BM的表面改性以及橡胶/BM纳米复合材料的界面结构和性能. 首先,研究了BM改性的两种方法:硅烷和不饱和羧酸改性.BM表面和边缘含有很多的Al-OH,可利用改性剂与Al-OH发生反应来改性BM.本文采用双(3-(三乙氧基硅基)丙基)四硫化物(Si69)改性BM制备了Si-BM,通过红外,热重等测试发现Si69可通过其自身的乙氧基与BM表面的Al-OH发生反应,从而使得Si69接枝到BM上面.通过X-射线光电子能谱,固态NMR,红外等测试发现不饱和羧酸可与BM发生反应,改性剂的羧酸根与BM的羟基通过酯化和配位反应形成单配位和桥接配位两种结构的羧酸铝.经过改性,BM的表面性质发生了显著改变. 其次,首次通过直接共混法制备了橡胶/BM纳米复合材料.研究结果表明, BM可以显著地增强SBR和NBR,并促进橡胶的硫化.如BM为60份时,NBR的拉伸强度和撕裂强度分别提高到未补强橡胶的3倍和2倍.而加入Si69后可进一步提高制品的力学性能,并且可以改善BM-SBR的界面结合.同时发现用BM制备的丁苯橡胶复合材料,比白炭黑具有更好的动态力学性能.在此基础上研究了在SBR为基体以及轮胎胎面胶配方两种体系中,利用少量BM取代炭黑的实验.实验证明,少量BM的加入,可显著减小轮胎的滚动阻力和生热. 最后,通过直接共混法制备了甲基丙烯酸(MAA)原位改性SBR/BM纳米复合材料.MAA在加工的过程中可以通过酯化反应和配位反应接枝到BM表面;并通过双烯加成反应接枝到SBR分子链上面,从而显著改善BM-SBR的界面结合,并提高BM在SBR的分散.在改性勃姆石体系中,力学性能和界面结合的大幅改善主要归结于SBR和BM之间的强相互作用和大大改善的BM的分散.

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关键词：

橡胶 勃姆石 硅烷 不饱和羧酸 界面 增强

被引量：

6