炭黑与溶聚丁苯橡胶（SSBR）的相互作用

论文摘要

本文主要研究了炭黑与溶聚丁苯橡胶的相互作用,包括物理作用和化学相互作用;炭黑一直是橡胶产品中使用最为广泛的填料,炭黑的一系列的性质,包括炭黑的粒径、比表面积、表面基团等,都对炭黑与橡胶的相互作用有重大的影响。本课题通过研究炭黑与橡胶的相互作用,在综合考虑加工性能和动静态力学性能的基础上,对合理的选择炭黑以及指导炭黑改性的方向提供了理论基础。通过填充不同种类的炭黑,溶聚丁苯橡胶的性能发生了很大的变化,通过测试常规条件下的结合胶、氨气氛围下的结合胶含量,对比常规条件下力学性能与氨气处理后的力学性能,推测了炭黑与橡胶之间的相互作用类型以及各种作用类型对力学性能的贡献比重,结果表明,炭黑与橡胶之间的作用包括物理作用和化学作用,随炭黑粒径的减小,化学作用所占比重逐渐增大,物理作用所占比重减小,化学作用贡献部分增加,物理作用贡献部分减小,力学性能增加,且在100nm处存在一临界粒径。同时用RPA分析了不同种类炭黑对溶聚丁苯橡胶加工性能的影响,表征了不同炭黑及用量对填料-填料网络,既Payne效应的影响,并分析了在一特定温度、频率、应变条件下,炭黑种类与储能模量、损耗模量以及损耗因子之间的关系,同时也研究了炭黑用量对储能模量、损耗模量以及损耗因子的影响规律。用核磁共振交联密度仪,研究了不同炭黑对溶聚丁苯橡胶交联密度的影响,包括对物理交联密度和化学交联密度的影响,通过对物理交联密度的分析,可得出炭黑与橡胶之间相互作用随炭黑种类变化而发生的变化规律,通过分析化学交联密度可得出炭黑对橡胶硫化反应的影响。利用非动力学模型,研究了炭黑对硫化反应的影响,通过模型分析我们发现,随着炭黑粒径的减小,硫化反应活化能逐渐减小,在相同温度条件下,硫化时间相对较短;同时我们可以预测在不同的温度条件下,硫化反应的进行状况。同时用非动力学模型研究了炭黑对溶聚丁苯橡胶热稳定性的影响,并可预测在某一温度下,溶聚丁苯橡胶的热分解的进行程度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 溶聚丁苯简介
• 1.1.1 SSBR 理化性能
• 1.1.2 工艺开发
• 1.1.3 发展概况
• 1.1.5 市场展望
• 1.2 填料的应用与研究发展状况
• 1.2.1 填料种类的发展
• 1.2.2 纳米填料的合成、发展和特性
• 1.3 炭黑与橡胶之间相互作用标志-结合橡胶
• 1.3.1 相互作用标志-结合胶
• 1.3.2 结合胶的结构形态
• 1.3.3 结合胶的形成过程
• 1.4 传统补强机理
• 1.4.1 容积效应
• 1.4.2 弱键和强键学说
• 1.4.3 Bueche 炭黑粒子间橡胶链的有限伸长学说
• 1.4.4 分子链滑动学说
• 1.4.5 结合胶“壳层结构模型”理论
• 1.5 炭黑增强理论的最新进展
• 1.5.1 炭黑表面结构模型
• 1.5.2 力学模型
• 1.5.3 范德华网络模型
• 1.6 本文的研究目的、创新之处以及研究内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 创新之处
• 1.6.3 研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 主要原材料
• 2.2 实验配方
• 2.3 实验设备及仪器
• 2.4 炭黑基本性质
• 2.5 制样方法
• 2.5.1 试样制备流程
• 2.5.2 混炼工艺
• 2.5.3 哈克转矩流变仪
• 2.5.4 硫化工艺
• 2.6 测试方法
• 2.6.1 结合胶的测定
• 2.6.2 核磁交联密度仪测试
• 2.7 非模型动力学
• 2.7.1 非模型动力学简介
• 2.7.2 硫化反应动力学
• 2.7.3 热裂解反应动力学
• 2.8 RPA 分析炭黑对加工性能影响
• 2.9 力学性能测试
• 2.10 动态性能测试
• 第三章 炭黑对溶聚丁苯橡胶加工性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 HAAKE 转矩流变仪表征炭黑对溶聚丁苯橡胶混炼工艺的影响
• 3.2.1 炭黑的混入与分散
• 3.2.2 炭黑对混炼温度的影响
• 3.2.3 炭黑对转矩的影响
• 3.2.4 炭黑对混炼能量的影响
• 3.3 RPA 表征炭黑对溶聚丁苯橡胶加工性能的影响
• 3.3.1 RPA 简介
• 3.3.2 RPA 表征填充不同种类的炭黑的加工性能
• 3.3.3 RPA 表征填充不同用量炭黑的加工性能
• 3.4 炭黑对溶聚丁苯橡胶硫化反应的影响
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 填充不同种类炭黑溶聚丁苯橡胶的硫化特性
• 3.4.3 核磁表征炭黑对硫化交联密度的影响
• 3.4.4 炭黑对硫化反应活化能的影响
• 3.5 小结
• 第四章 炭黑与溶聚丁苯之间的相互作用研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 炭黑对结合胶的影响
• 4.2.2 炭黑与溶聚丁苯橡胶之间相互作用的种类及区分
• 4.2.3 炭黑对溶聚丁苯橡胶硫化胶力学性能的影响
• 4.2.4 炭黑对溶聚丁苯橡胶热稳定性的影响
• 4.2.5 炭黑对动态性能的影响
• 4.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录