黏土/天然橡胶纳米复合材料结构性能及其在工程胎胎中的应用研究

论文摘要

本实验采用乳液插层法,制备蒙脱土、累托石两种黏土补强天然橡胶（NR）纳米复合材料,并按两种不同方式加入界面剂：直接添加（NR100）或替代等量天然橡胶（NR90）,研究黏土种类及界面剂对复合材料结构及性能的影响。结果表明：与蒙脱土天然橡胶纳米复合材料（MMT/NR）相比,累托石天然橡胶纳米复合材料（REC/NR）的综合性能较好：交联密度较高,定伸较大,拉伸及撕裂强度较强,耐磨性能较好,抗湿滑性能较高,抗切割性能较低,抗拉伸疲劳性能基本不变。与直接添加界面剂相比,界面剂替代等量天然橡胶的综合性能较好,尤其是耐磨性能得到明显提高。在累托石用量20phr,界面剂等量取代天然橡胶的基础上,通过配方设计与性能的研究,探索了并用不同用量和种类的纳米填料对累托石／天然橡胶纳米复合材料性能的影响。实验发现：1.在20phr累托石补强的基础上并用少量（5-20phr）炭黑（N330）后,材料的基本力学性能及抗湿滑性能基本不变,而抗切割性能及磨耗性能得到提高。炭黑并用量15-20phr时是最佳并用比,复合材料的抗切割性能和磨耗性能分别提48%和20%左右,但随着炭黑并用量的增加,REC/NR纳米复合材料的生热逐渐升高；与相同用量炭黑补强的天然橡胶纳米复合材料相比,累托石与炭黑并用补强材料的定伸应力较高,抗湿滑性能及抗切割性能较好,但耐磨性能较差。2.在累托石补强的基础上并用白炭黑（VN3）,抗切割性能逐渐提高,REC20/Si20耐切割性能最好,提高约50%；磨耗性能增强,在白炭黑并用量15phr时耐磨性最好,提高约27%；材料的抗湿滑性能随着白炭黑用量的增大逐渐增强,但动态压缩生热逐渐增加。与相同用量白炭黑补强天然橡胶纳米复合材料相比,累托石与白炭黑并用补强的天然橡胶纳米复合材料的定伸较高,拉伸及撕裂强度稍低,永久变形较大,生热稍高,耐磨及抗切割性能较差。蒙脱土属于层状硅酸盐,形状因子较大,可以对裂纹产生阻隔能力,因此本文研究了蒙脱土对材料耐疲劳性能的影响,发现,少量蒙脱土替代等量炭黑,可以提高胶料的耐屈挠疲劳性能及抗裂纹增长能力,蒙脱土用量3phr时,效果最好。纯蒙脱土补强的乳聚丁苯橡胶（ESBR）中,蒙脱土用量5phr时,材料的抗裂纹增长能力最强,蒙脱土用量超过l0phr后,材料的抗裂纹增长能力基本不变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 黏土纳米复合材料的研究进展
• 1.1.1 黏土/天然橡胶纳米复合材料研究进展
• 1.1.2 黏土/丁苯橡胶纳米复合材料研究进展
• 1.1.3 黏土在其他聚合物中的应用
• 1.2 层状硅酸盐及其研究应用进展
• 1.2.1 蒙脱土
• 1.2.2 累托石
• 1.3 乳液共聚法
• 1.3.1 乳液共聚法原理
• 1.3.2 乳液共聚法应用进展
• 1.4 胎面胶
• 1.4.1 胎面胶性能要求
• 1.4.2 胎面胶主要性能及其研究方法
• 1.4.3 胎面胶研究进展
• 1.5 本课题研究内容及意义
• 1.5.1 本课题的研究内容
• 1.5.2 本课题的研究意义
• 1.5.3 本课题的创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原材料及配方
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 基本配方
• 2.2 实验设备及测试仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 黏土橡胶纳米复合材料的制备
• 2.4 分析与测试
• 2.4.1 微观填料分散
• 2.4.2 微观形貌分析
• 2.4.3 填料结构分析
• 2.4.4 动态热机械分析
• 2.4.5 填料网络结构分析
• 2.4.6 含水率测试
• 2.4.7 硫化性能测试
• 2.4.8 硬度测试
• 2.4.9 力学性能测试
• 2.4.10 耐磨性能测试
• 2.4.11 抗切割性能测试
• 2.4.12 动态生热性能测试
• 2.4.13 抗湿滑性能测试
• 2.4.14 动态疲劳性能测试
• 2.4.15 应变能密度的测定
• 第三章 黏土种类和界面剂对黏土纳米复合材料性能的影响
• 3.1 黏土母胶含水率表征
• 3.2 微观形态与结构
• 3.3 Clay/NR纳米复合材料的硫化特性
• 3.4 Clay/NR纳米复合材料的Payne效应与填料网络结构
• 3.5 Clay/NR纳米复合材料的物理机械性能
• 3.6 Clay/NR纳米复合材料磨耗性能
• 3.7 Clay/NR纳米复合材料的抗切割性
• 3.8 Clay/NR的抗拉伸疲劳性能
• 3.9 Clay/NR的抗湿滑性能
• 3.10 本章小结
• 第四章 炭黑对累托石/天然橡胶纳米复合材料结构与性能的影响
• 4.1 炭黑对累托石/天然橡胶纳米复合材料结构与性能的影响
• 4.1.1 纳米复合材料的微观形态
• 4.1.2 炭黑对Payne效应及填料网络结构影响
• 4.1.3 炭黑对硫化特性的影响
• 4.1.4 炭黑物理机械性能的影响
• 4.1.5 炭黑对抗切割性能的影响
• 4.1.6 炭黑生热性能的影响
• 4.1.7 炭黑对磨耗性能的影响
• 4.1.8 炭黑对抗湿滑性能的影响
• 4.1.9 结论
• 4.2 炭黑累托石并用与相同量炭黑补强材料性能对比
• 4.2.1 纳米复合材料的微观形态
• 4.2.2 纳米复合材料的Payne效应及填料网络结构
• 4.2.3 纳米复合材料的材料的硫化特性
• 4.2.4 纳米复合材料的物理机械性能
• 4.2.5 纳米复合材料的抗切割性能
• 4.2.6 纳米复合材料的生热性能
• 4.2.7 纳米复合材料的磨耗性能
• 4.2.8 纳米复合材料的抗湿滑性能
• 4.2.9 结论
• 4.3 本章小结
• 第五章 白炭黑对累托石/天然橡胶纳米复合材料结构与性能的影响
• 5.1 白炭黑对累托石/天然橡胶纳米复合材料结构与性能的影响
• 5.1.1 纳米复合材料的微观形态
• 5.1.2 白炭黑对Payne效应与填料网络结构的影响
• 5.1.3 白炭黑对硫化特性的影响
• 5.1.4 白炭黑对物理机械性能的影响
• 5.1.5 白炭黑对抗切割性能的影响
• 5.1.6 白炭黑对动态生热性能的影响
• 5.1.7 白炭黑对磨耗性能的影响
• 5.1.8 白炭黑对抗湿滑性能的影响
• 5.1.9 结论
• 5.2 白炭黑累托石并用与相同量纯白炭黑材料性能对比
• 5.2.1 纳米复合材料的微观形态
• 5.2.2 纳米复合材料的网络结构
• 5.2.3 纳米复合材料的硫化特性
• 5.2.4 纳米复合材料的机械性能
• 5.2.5 纳米复合材料的抗切割性能
• 5.2.6 纳米复合材料的磨耗性能
• 5.2.7 纳米复合材料的动态生热性能
• 5.2.8 纳米复合材料的材料抗湿滑性能
• 5.2.9 结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 蒙脱土对抗裂纹增长能力的影响
• 6.1 MMT等量替代炭黑橡胶纳米复合材料的耐疲劳性能
• 6.2 MMT/ESBR纳米复合材料的抗裂纹增长能力
• 6.3 本节小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附录