液体天然橡胶对湿法混炼制备NR/白炭黑复合材料的增容机理研究

采用液体天然橡胶(liquid natural rubber)为增容剂,基于湿法混炼工艺制备天然橡胶/白炭黑(W(NR/SiO_2))复合材料。利用FT-IR、SEM、万能拉力机分别对复合材料的微观结构、拉伸断裂形貌及力学性能进行分析,通过Mooney-Rivilin方程和界面相互作用方程对橡胶-填料界面相互作用定量计算,并探讨了LNR的增容机理。结果表明,使用LNR增容后,NR与白炭黑两相界面变得模糊,断面表现为韧性断裂;硫化胶力学性能在LNR改性后得到改善,白炭黑用量为60phr时表现最为明显,拉伸强度提高了25.73%;不同方程计算结果表明,白炭黑用量一定情况下,使用LNR增容后复合材料两相界面相互作用增强。LNR具有良好的增容效果,复合材料良好的相容性是LNR与NR和白炭黑两相同时发生作用形成增容界面的结果。     

偶联剂Si747原位改性单分散SiO_2/天然橡胶复合材料的结构与性能

采用偶联剂Si747在液相体系中分别对自制单分散白炭黑(SiO_2)和市售沉淀法白炭黑(SiO_2)表面进行改性,利用乳液共混技术制备SiO_2/天然橡胶(NR)复合材料。利用橡胶加工分析仪、DMA、SEM等测试手段对偶联剂Si747改性SiO_2/NR复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,在硫化特性方面,与未改性SiO_2相比,偶联剂Si747改性SiO_2/NR复合材料的焦烧时间和工艺正硫化时间均缩短,促进了橡胶的硫化过程,其中改性前后单分散SiO_2/NR硫化胶的焦烧时间和工艺正硫化时间均比沉淀法SiO_2/NR硫化胶长;与未改性单分散SiO_2/NR硫化胶相比,改性单分散SiO_2/NR硫化胶的拉伸强度提高了17.4%,回弹性和耐磨性分别提高了9.5%和32.6%,压缩生热降低了24.3%;与改性沉淀法SiO_2/NR硫化胶相比,改性单分散SiO_2/NR硫化胶的Payne效应最低,填料的分散性更高,填料网络结构更弱;改性单分散SiO_2/NR硫化胶抗湿滑性略低于改性沉淀法SiO_2/NR硫化胶,但滚动阻力更低,更节省能源。     

离子液体改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能EI北大核心CSCD

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,AMI改性白炭黑可明显提高白炭黑的分散性,减小白炭黑在橡胶基体中的实际分布粒径,提高白炭黑与橡胶基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。当AMI用量为2 phr时,白炭黑在橡胶基体中的分散性最好,分布粒径最小,结合胶含量最高,综合力学性能最好。与未改性的SiO_2/NR复合材料相比,AMI-SiO_2/NR复合材料拉伸强度提高了18%,撕裂强度提高了41.4%,300%定伸应力提高了39.2%,100%定伸应力提高了25%。     

离子液体改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,AMI改性白炭黑可明显提高白炭黑的分散性,减小白炭黑在橡胶基体中的实际分布粒径,提高白炭黑与橡胶基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。当AMI用量为2 phr时,白炭黑在橡胶基体中的分散性最好,分布粒径最小,结合胶含量最高,综合力学性能最好。与未改性的SiO_2/NR复合材料相比,AMI-SiO_2/NR复合材料拉伸强度提高了18%,撕裂强度提高了41.4%,300%定伸应力提高了39.2%,100%定伸应力提高了25%。     

改性白炭黑在天然橡胶中的分散性及防老作用EI北大核心CSCD

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)与3,5-二叔丁基-4-羟基苯乙酸为改性剂,通过两步法改性白炭黑(SiO_2),制备得到一种具有防老功能的白炭黑,将防老白炭黑添加到天然橡胶(NR)中,制备防老SiO_2/NR复合材料,并与未改性SiO_2/NR复合材料进行对比。结果表明,防老SiO_2/NR的焦烧时间变化不大,正硫化时间缩短了35.43%;橡胶加工分析仪与扫描电镜测试结果显示,白炭黑经过接枝改性后在天然橡胶中的分散性得到改善。在100℃下,随着老化时间的不同,防老SiO_2/NR的断裂伸长率变化率与拉伸强度变化率降幅小于未改性SiO_2/NR复合材料。最后,采用FlynnWall-Ozawa法考察了防老SiO_2/NR硫化胶的热氧化活化能,发现白炭黑接枝了防老剂后,SiO_2/NR的热氧化活化能有所提高,起始热失重温度提高了13.4℃。     

改性白炭黑在天然橡胶中的分散性及防老作用

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)与3,5-二叔丁基-4-羟基苯乙酸为改性剂,通过两步法改性白炭黑(SiO_2),制备得到一种具有防老功能的白炭黑,将防老白炭黑添加到天然橡胶(NR)中,制备防老SiO_2/NR复合材料,并与未改性SiO_2/NR复合材料进行对比。结果表明,防老SiO_2/NR的焦烧时间变化不大,正硫化时间缩短了35.43%;橡胶加工分析仪与扫描电镜测试结果显示,白炭黑经过接枝改性后在天然橡胶中的分散性得到改善。在100℃下,随着老化时间的不同,防老SiO_2/NR的断裂伸长率变化率与拉伸强度变化率降幅小于未改性SiO_2/NR复合材料。最后,采用FlynnWall-Ozawa法考察了防老SiO_2/NR硫化胶的热氧化活化能,发现白炭黑接枝了防老剂后,SiO_2/NR的热氧化活化能有所提高,起始热失重温度提高了13.4℃。     

改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

采用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙基三甲氧基硅烷(11-100)对白炭黑进行表面改性,并制备改性白炭黑/天然橡胶复合材料。利用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电镜、橡胶加工分析仪等测试手段对改性白炭黑及改性SiO_2/NR复合材料的结构与性能进行了表征,并研究其硫化性能及力学性能。结果表明,经FT-IR、TG分析,3种硅烷偶联剂已成功接枝到白炭黑表面;改性SiO_2/NR复合材料相对于未改性SiO_2/NR,焦烧时间变长,正硫化时间缩短,结合胶含量增大;改性SiO_2/NR与未改性SiO_2/NR相比其定伸应力、撕裂强度明显提高,但断裂伸长率有所减小;改性白炭黑在天然橡胶基体中的分散性明显提高,其中Si69-SiO_2在天然橡胶基体中的分散性最好;Si69-SiO_2/NR复合材料的滚动阻力与生热最低;改性后的SiO_2/NR复合材料的拉伸断面粗糙程度增加。     

偶联剂对白炭黑/天然橡胶纳米复合材料性能的影响

研究了偶联剂对不同粒径白炭黑(15 nm、30 nm、80 nm)/天然橡胶纳米复合材料的硫化特性、力学性能、应力软化效应、Payne效应、损耗因子、压缩生热和动态热机械性能的影响,并与未加入偶联剂的复合材料进行对比。结果表明:加入偶联剂Si69使白炭黑在橡胶中的分散性提高,增强白炭黑与橡胶基体之间的结合,提高白炭黑/NR复合材料的力学性能,降低胶料的正硫化时间;白炭黑粒径越小Si69的作用越明显,越有利于复合材料的硫化特性和力学性能的提高;添加Si69使15 nm和30 nm白炭黑复合材料的Payne效应、损耗因子和定负荷压缩生热的温升降低,但是对80 nm白炭黑复合材料的影响不大。     

白炭黑的功能化改性及其改性橡胶基复合材料的制备与表征

利用沉淀法白炭黑生产工艺,在相同的条件下,选用不同质量分数的羟基羧酸酯作为改性剂进行湿法改性,研究了白炭黑/天然橡胶(NR)复合橡胶的力学性能、动态性能以及动态生热性能。结果表明:制备的白炭黑均为非晶态白炭黑,采用质量分数为6%的羟基羧酸酯改性的白炭黑,其分散性好,颗粒分布均匀,呈近球状,经羟基羧酸酯改性后的白炭黑有效的去除了部分亲水基团,改善了其在NR中的分散性。随着白炭黑用量的增加,分散性变差,损耗因子和动态温升均有所提高,Payne效应增大。当白炭黑用量达到临界值(白炭黑与NR质量比为40∶100)时,白炭黑/NR复合材料表现出较好的性能,改性白炭黑/NR复合材料比未改性白炭黑/NR复合材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率有所提高,而磨耗体积和动态生热则有所下降。动态力学性能测试结果表明,改性白炭黑与天然橡胶的质量比为40∶100时,改性白炭黑/NR复合材料的60℃滚动阻力损耗因子由0.123降到0.104。SEM结果表明,改性白炭黑在橡胶基体中的分散性优于未改性白炭黑,与NR基体界面结合的更加紧密。     

含硫偶联剂对白炭黑-天然橡胶的硫化特性及力学性能的影响

在橡胶加工体系中,采用偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)与硫磺(S)进行互配,保持橡胶内部硫含量不变,制备白炭黑(SiO_2)-天然橡胶(NR)复合材料;借助无转子流变仪、万能拉伸试验机、橡胶加工分析仪等对白炭黑-天然橡胶复合材料进行表征,考察不同Si69-S互配对橡胶复合材料的硫化特性及力学性能的影响。结果表明:随着Si69逐渐替代S含量,白炭黑-天然橡胶复合材料的硫化特性得到改善,白炭黑在天然橡胶基体中的团聚程度减弱,分散性逐渐提高;硫化温度越高,反应速率常数越大;随着Si69逐渐减少,S量逐渐增多,断裂伸长率与撕裂强度总体呈增大趋势;当Si69质量为4.2 g、S的质量为1 g时,硫化胶的拉伸强度达到最大值,为33.8 MPa。     

不同改性白炭黑增强天然橡胶复合材料的性能研究

采用不同硅烷偶联剂(Si69、KH560和NXT)对白炭黑进行改性处理来提高SiO_2/天然橡胶(SiO_2/NR)复合材料的性能。通过力学性能、结合胶含量、硫化性能和扫描电镜检测来分析不同改性白炭黑填充复合材料的影响。结果表明:白炭黑的改性处理改善了复合材料的强度、定伸应力等性能,提高了复合材料的结合胶含量;缩短了复合材料的硫化时间,降低了最小转矩,使混炼胶的流动性提高,减轻了填料网络结构;偶联剂的加入改善白炭黑与橡胶的相容性,使白炭黑分散均匀,从而提高了复合材料的性能。     

离子液体作为多功能助剂在白炭黑填充天然橡胶中的应用

以天然橡胶为基体,探究了离子液体对橡胶硫化、白炭黑分散性及白炭黑与橡胶界面相互作用的影响,对比了离子液体用量及烷基链长度对白炭黑填充天然橡胶的作用效果。通过硫化机理的研究及硫化特性的对比发现,溴化咪唑盐离子液体能够活化硫化反应,极大地提高了硫化速率和交联密度。离子液体与白炭黑之间存在离子偶极相互作用,佩恩(Payne)效应结果表明,离子液体能够改善白炭黑在天然橡胶中的分散,且随着用量及咪唑环烷基链长度的增加,改善效果越来越明显。通过结合胶含量测定和拉伸断裂表面观察可以得出,离子液体能够改善橡胶与填料的界面相容性。在离子液体3种功能的共同作用下,白炭黑填充天然橡胶复合物的拉伸强度最大增加了114%,撕裂强度最大增加了201%,邵坡尔(DIN)磨耗损失最大减少了50%;用量为3 phr时,硫化胶的各项力学性能最佳。     

液体天然橡胶对湿法混炼制备白炭黑/天然橡胶复合材料界面相互作用的影响

采用液体天然橡胶（LNR）作为增容剂,通过湿法混炼工艺制备白炭黑/天然橡胶（SiO₂/NR）复合材料。利用SEM、橡胶加工分析仪（RPA）、差示扫描量热分析仪（DSC）、溶胀法和核磁共振交联密度仪分别对改性前后SiO₂/NR复合材料的界面形态、Payne效应、玻璃化转变温度（T_g）、结合胶含量及交联密度进行分析,研究LNR对NR与SiO₂相互作用的影响。结果表明,采用LNR改性后,SiO₂/NR复合材料中SiO₂与NR结合紧密,两相界面变得模糊,断面表现为韧性断裂。一定SiO₂用量下,SiO₂/NR复合材料Payne效应明显减弱。当SiO₂与NR质量比为60：100时,玻璃化转变温度（T_g）由-59.57℃提高到-56.61℃,结合胶含量由40.24%增加到44.02%。Lorenz-Park方程定量计算表明,经LNR改性后,SiO₂/NR复合材料界面相互作用增强。核磁共振测试结果表明,改性后,SiO₂/NR复合材料交联密度增加,横向松弛时间（T₂）减小,SiO₂与NR质量比分别为30：100、50：100和70：100时,T₂分别缩短4.20 ms、5.84 ms和7.86 ms,SiO₂与NR相互作用增强,NR分子链运动受限。LNR具有较好的增容效果,经LNR改性的SiO₂/NR复合材料界面相互作用增强。     

表面接枝防老剂的白炭黑在天然橡胶中的应用

为了提高白炭黑与橡胶的相容性,同时防止防老剂的挥发,采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与对氨基二苯胺(PPDA)的反应物对白炭黑进行表面改性,得到表面接枝防老剂的白炭黑。将改性白炭黑应用于天然橡胶(NR)中考察其增强与防老性能,并与炭黑/NR、未改性白炭黑/NR和Si69改性白炭黑/NR复合材料相比较(均添加防老剂4020)。结果表明,改性白炭黑/NR复合材料的焦烧时间延长,硫化时间缩短,白炭黑在橡胶中的分散性提高,同时具备更出色的力学性能。随着表面接枝防老剂含量的增加,改性白炭黑/NR复合材料的拉伸强度和撕裂强度比未改性白炭黑和Si69改性白炭黑/NR均有大幅提高。当接枝的PPDA含量达到5.27%(与白炭黑的质量比)时,其拉伸强度比未改性白炭黑/NR提高了90%,比Si69改性白炭黑/NR提高了73%,并接近炭黑/NR; 其撕裂强度是未改性白炭黑/NR的5倍,Si69改性白炭黑/NR的2.5倍,炭黑/NR的2倍。另外,表面接枝防老剂的白炭黑/NR复合材料具有优异的抗热氧、抗臭氧和湿热老化性能;其抗臭氧老化性能优于添加通用防老剂4020的对比复合材料。     

白炭黑负载抗氧剂在天然橡胶中的分散性及防老化作用

将抗氧剂4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚(抗氧剂565)负载在白炭黑(SiO2-565)或经双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物(NDZ-311w)改性的白炭黑(SiO2-N-565)表面,制备了白炭黑负载抗氧剂/天然橡胶复合材料,并且研究了防老SiO2在天然橡胶基体中的分散性能与其对天然橡胶复合材料的抗热氧老化性能的影响.结果表明:经NDZ-311w改性的白炭黑在橡胶基体中分散均匀,且明显提高了天然橡胶的抗老化性能,当热氧老化3 d时,SiO2-N-565/NR的断裂伸长率变化率与拉伸强度变化率分别为44.36％、48.26％,远低于未改性SiO2/NR的相应变化率(77.51％、84.35％).     

不同维数填料对橡胶Payne效应的影响

在变外力作用下,填充橡胶的动态模量会随着应变的增加而急剧下降的现象称为Payne效应。研究填充橡胶的Payne效应可以保证橡胶制品在使用过程中的安全性和可靠性,同时获得具有良好力学性能的橡胶制品。文中通过胶乳-双辊连用法制备了炭黑/天然橡胶复合材料(RCB)、碳纳米管/天然橡胶复合材料(RCNT)和石墨烯/天然橡胶复合材料(RGE)。扫描电镜和透射电镜图像显示,该方法可以将填料均匀分散在橡胶基体中。Mooney-Rivlin曲线和动态力学性能测试显示RGE复合材料的Payne效应最强,RCB复合材料的Payne效应最弱。     

纳米二氧化硅粒径对橡胶复合材料力学性能的影响

以不同粒径的纳米二氧化硅为填料加到天然橡胶中制备纳米二氧化硅/天然橡胶(NR)复合材料。研究了不同粒径纳米二氧化硅(15,30和80nm)对复合材料的力学性能、应力软化效应、Payne效应、动态热机械性能、压缩生热和损耗因子等基本特性的影响。结果表明,随着纳米二氧化硅粒径的增大,复合材料的抗拉强度变大,应力软化效应增大;同时,复合材料的Payne效应和损耗因子越低,其动态压缩温升越低。Payne效应分析及扫描电镜观察还表明,大粒径纳米二氧化硅在橡胶基体中易于分散均匀,粒子间聚集程度更小,而小粒径的则表现出较明显的团聚现象,粒子在橡胶基体中的分散性对复合材料力学性能有直接影响。     

液体天然橡胶作软化剂对NR/白炭黑复合材料性能的影响

以液体橡胶(Liquid natural rubber)作软化剂,探索加入不同用量的LNR软化剂对NR/SiO2复合材料性能的影响,实验发现LNR的加入能够缩短NR/SiO2复合材料焦烧时间t10以及正硫化时间t90;对加工性能也有明显的改善,可以显著降低Payne效应;同时LNR的加入可以减少白炭黑的团聚现象,促进白炭黑在胶料中的均匀分布;LNR对样品的动态力学性能也有较大的影响,实验表明7.5份LNR能同时提高胶料的抗湿滑性和降低胶料滚动阻力.     

ESBR/SiO2胶乳的破乳动力学及复合材料性能

系统探究了NaCl和CaCl2溶液絮凝乳聚丁苯橡胶/白炭黑(ESBR/SiO2)胶乳的行为及破乳动力学,考察了硅烷偶联剂TESPT和NXT对复合材料力学性能、动态黏弹性能和流变性能的影响。研究发现,NaCl溶液破乳呈现匀速破乳、加速破乳的过程,而CaCl2溶液破乳则呈现匀速破乳、加速破乳和减速破乳3个阶段。白炭黑粒子对体系破乳效应的影响存在差异,这主要是因为二价Ca^2+对电荷中和能力比一价Na^+高,导致白炭黑的成核中心作用不同。此外,发现硅烷偶联剂NXT使白炭黑在橡胶基体中的分散性显著提高,使其复合材料的硫化性能得到优化,力学性能明显提高,在保持抗湿滑性能时滚动阻力明显降低。     

雾化溅射干燥法制备氧化石墨烯-SiO2/天然橡胶复合材料

将天然胶乳（NRL）、氧化石墨烯（GO）分散液与SiO₂悬浮液3种液体通过机械搅拌充分混合,在高压气相雾化作用下,混合液先被打散成微小液滴,形成一次破碎;该液滴后经高温金属板表面溅射爆破,形成二次破碎,达到分散效果,然后液滴被瞬间脱水干燥获得GO-SiO₂/天然橡胶（NR）母胶。GO与SiO₂在雾化、溅射和爆破作用下,在NR中达到微观分散效果。结果表明,与普通絮凝湿法混炼工艺相比,雾化溅射干燥工艺可以使GO和SiO₂在NR基体中分散更均匀。Payne效应结果表明：雾化溅射工艺减弱了GO片层与SiO₂间的相互作用。雾化溅射干燥工艺制备的GO-SiO₂/NR硫化胶的拉伸强度提高了13.6%,撕裂强度提高了31.5%,耐磨性能提高了16.7%;动态力学性能结果表明,用该工艺制备的GO-SiO₂/NR复合材料在60℃左右损耗因子更低。