胎面橡膠復合材料的微觀結構—黏彈性—使用性能關系的研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)技術的飛速發(fā)展，人們對汽車安全，節(jié)能，耐久，舒適度的更高要求對車輛上唯一的接地部件——輪胎提出了新的挑戰(zhàn)。由此，歐洲制定了相應的輪胎標簽法規(guī)——EC1222/2009，該法規(guī)指出在歐洲市場上銷售的輪胎，具體包括轎車，輕型卡車以及公共汽車輪胎需要加貼等級標簽，進而標識出具體的燃油效率，濕滑路面的抓著力以及滾動噪聲等性能指標，通過這一法規(guī)的強制實施來促進汽車能源消耗的降低。輪胎的抗?jié)窕阅?，滾動阻力以及耐磨性能（這三項性能常被稱

2、作輪胎性能的“魔法三角”）的改善與胎面材料的選擇，配方的設計及制備工藝的調整密切相關。眾所周知，胎面材料的諸多性能可以通過其黏彈性間接表征，而橡膠復合材料的黏彈特性歸根結底又是填料-橡膠相互作用以及填料網絡結構的具體反映。因此，通過對胎面橡膠材料微觀結構-黏彈性-使用性能關系的研究，揭示影響橡膠材料使用性能的內在機理并探索平衡輪胎“魔法三角”性能的方案是本論文的主要研究方向。
　　 論文第一部分（論文第三，四，五章）比較了炭黑(

3、CB)，白炭黑(Silica)以及雙相填料(CSDPF)填充不同牌號丁苯橡膠(SBR)制備復合材料的物理機械性能，磨耗性能，滾動阻力和抗?jié)窕阅艿牟町?。通過結合膠含量測試，差示掃描量熱儀(DSC)測試以及低場核磁共振交聯密度儀(NMR)測試對復合材料中的橡膠-填料相互作用進行了考察，使用橡膠加工分析儀(RPA)和動態(tài)力學熱分析儀(DMTA)對橡膠材料的填料網絡結構以及動態(tài)黏彈特性進行了分析。結果表明，Silica填充橡膠復合材料具有較高

4、結合膠含量，而CB表面的橡膠分子鏈活動性較弱，即CB與橡膠之間具有更強的相互作用。CSDPF填充橡膠較弱的填料網絡結構導致其具有最高的tanδ峰值以及橡膠態(tài)下最低的儲能模量。通過不同膠料物理性能的對比可以發(fā)現，與CB填充SBR相比，經過硅烷偶聯劑原位改性處理的Silica填充硫化膠具有較高的300％定伸應力，較低的扯斷伸長率，較優(yōu)異的抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力性能，但是其耐磨和抗切割性能較差。
　　 通過乳液共沉法(LCM)制備的粘土

5、/橡膠復合材料不僅具有較好的力學性能，其良好的抗疲勞及氣體阻隔性能使其成為一種具有開發(fā)潛力的橡膠填料。
　　 論文的第二部分（論文第六章）比較了少量粘土替代CB或者Silica填充SBR復合材料各項性能的差異。在50份CB填充的SBR橡膠復合材料中添加少量粘土后，材料的抗切割性能會提高30％以上。由于粘土的加入增強了填料網絡結構強度，粘土/CB復合材料的阿克隆磨耗量以及滯后生熱均有所增加。對于材料抗切割性能提高的內在原因，我們推

6、斷主要來源于粘土片層結構對橡膠破壞過程中“裂紋擴展”的阻礙作用以及滯后生熱的增加使材料所受沖擊能有效轉化為熱能耗散，減少了材料破壞的出現。在Silica填充橡膠中添加少量的粘土后，材料的Payne效應有所下降，說明粘土在橡膠中的聚集效應要弱于Silica在橡膠中的聚集效應。添加粘土后復合材料的物理機械性能變化不大，但是阿克隆磨耗和抗切割性能均有所降低，同時壓縮疲勞溫升有所增加。由此說明，在Silica填充橡膠中添加粘土并不能很好的改善S

7、ilica填充膠的綜合性能。
　　 論文第三部分（論文第七章）通過對CB填充SBR，異戊橡膠（IR），順丁橡膠(BR)和集成橡膠(SIBR)復合材料的阿克隆磨耗性能比較發(fā)現，幾種橡膠復合材料耐磨性能的優(yōu)劣順序為BR-CB＞SIBR-CB＞SBR-CB＞IR-CB。與此同時，我們使用凝膠滲透色譜(GPC)，結合膠測試，熱重分析儀(TGA)對四種橡膠的分子量及其分布，填料-橡膠相互作用以及耐熱穩(wěn)定性進行了研究。結果表明，填充后的IR

8、混煉膠中大量存在的分子量約為1萬的小分子組分是導致IR-CB磨耗性能最差的主要原因。而對于機械混煉后分子量降低程度較小的BR，SBR以及SIBR而言，磨耗性能的優(yōu)劣順序與填料-橡膠相互作用的強弱保持了很好的一致性。
　　 由于在阿克隆磨耗測試條件下，橡膠很難達到熱分解溫度，因此硫化橡膠的耐磨性能與其耐熱穩(wěn)定性關系不大;而“擁有較低玻璃化轉變溫度(Tg)值的橡膠通常會具有較好耐磨性能”這一結論僅對BR-CB膠料適用，與其他膠種的相