论文部分内容阅读
在绿色轮胎中,SiO2大量使用时都需要配合硅烷偶联剂一起使用,但是,硅烷化反应的发生需要特定条件（温度和时间）,而且在化学反应过程中会产生VOC气体,且需要保温段保证高反应率,不仅对加工工艺要求高,且会污染环境,还会增加加工过程中的能源消耗。本文基于这种背景下,研究采用绿色高效的改性剂通过简单的氢键自组装技术替换传统硅烷偶联剂双[γ-三乙氧基甲硅烷基丙基]二硫化物（Si-75）改性SiO2（ST@SiO2）制备SiO2预改性料（M@SiO2）,以开发绿色环保、高性能、低滚阻的轮胎胎面。在M@SiO2基础上,加入石墨烯（GE）和碳纳米管（CNT）制备负载料（CTGS）,研究CTGS对轮胎胎面胶功能性（导电性能、导热性能）以及其他性能的影响。首先,系统研究非离子表面活性剂吐温-80（TW）,油胺（YA）,司盘80（SB）,油酸酰胺（YSXA）和吐温-80与油胺按1:1复配（WA）完全替换传统硅烷偶联剂改性SiO2,并对改性前后SiO2的红外谱图,热重谱图,接触角,比表面积,扫描电子显微镜及沉降体积进行了系统分析,结合其复合材料的宏观性能优选出最优改性剂为TW,YA,WA。通过重点对比M@SiO2/NR与ST@SiO2/NR的综合性能,发现TW@SiO2/NR,YA@SiO2/NR和WA@SiO2/NR复合材料具有高的物理机械性能、高的耐磨性和低的滚动阻力等优异性能,其中WA@SiO2/NR综合性能最好（力学强度29.13MPa,滚阻tanδ@60℃值0.063,能耗35.93KJ）,相比与ST@SiO2/NR（力学强度26.49MPa,滚阻tanδ@60℃值0.100,能耗42.55KJ）,力学强度提高了10.8%,滚阻和能耗分别下降了37.0%和18.4%。当TW和YA按照1:1复配改性SiO2时,既能协效改性SiO2,又能有效的延长YA@SiO2/NR复合材料的焦烧时间和改善硫化返原现象;此外,经过与其他多种常用的硅烷偶联剂（双-（γ-三乙氧基硅烷丙基）四硫化物（Si-69）,γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570））制备的SiO2/NR复合材料相比,YA@SiO2/NR和WA@SiO2/NR复合材料具有更高的物理机械性能和更低的滚动阻力,说明YA和WA在应用中具有优越性。其次,由于TW,YA和WA制备的M@SiO2/NR复合材料存在硫化返原现象和焦烧现象,因此通过加入抗硫化返原剂KA9188和调整TW和YA复配比例去调整M@SiO2/NR复合材料的返原时间和焦烧时间。KA9188加入后,M@SiO/NR复合材料的硫化返原时间均有效延长,其中TW@SiO2/NR复合材料的硫化返原性能提升最明显,从原来的42.88 min提升到74.78min。在KA9188存在的前提下,调整WA@SiO2/NR复合材料中TW和YA的比例,可以有效的增加WA@SiO2/NR复合材料的焦烧时间,且对其硫化返原性能也有改善,当TW和YA的比例为3:1时,WA@SiO2/NR复合材料硫化返原性能和焦烧性能最好,硫化返原时间从36.75min提高到41.88min,焦烧时间从15.02 min提高到18.4min。最后,为赋予M@SiO2/NR复合材料一定的功能性,在M@SiO2基础上,利用单宁酸（TA）与GE（或CNT）之间的π-π共轭作用对GE（或CNT）进行表面功能化处理,再利用TA表面的多羟基结构与M@SiO2表面改性剂分子的官能团或硅羟基的氢键作用制备GE（或CNT）与M@SiO2的负载料（CTGS）,以实现GE（或CNT）与M@SiO2橡胶基体中的共同分散作用。其中将碳纳米管作为碳材料,油胺作为“分子桥”,制备的CTGS4/NR复合材料导电性能和导热性能最好,复合材料的电导率从原来的2.321*10-7S.m-1提高到4.111*10-5S.m-1;导热系数从原来的0.2476 w/m.k提升到0.2615w/m.k,且物理机械性能,滚阻,磨耗和疲劳温升性能能达到原样ST@SiO2/NR复合材料的要求。