绿色高性能胎面橡胶的设计合成及性能研究

【摘要】汽车工业的快速发展带动了高性能轮胎需求的上涨,采用传统的共混方法制备的共混橡胶虽然力学性能较好,但是由于其内部不同橡胶组份之间分散性不好,存在严重的相分离情况,这就会导致碳黑等填料在共混胶中分散不均匀,各种组份之间内摩擦增大,从而生热过高。随着合成橡胶技术的不断提高,采用分子设计的方法可以将具有不同性能的橡胶分子链通过共聚的方法集合在同一个分子中,为解决传统共混方法存在的严重相分离问题提供了一种有效的解决方法。本论文研究的主要目标就是采用分子设计的方法制备综合力学性能良好,并且能够同时满足轮胎在干湿路面行驶的高抗湿滑性要求和低滚动阻力性能要求的新型橡胶。本论文在第二章进行了星形溶聚丁苯橡胶中试放大研究。研究结果表明,星形多锂引发剂制备规模从100ml扩大到2L的批量制备以后,引发性能变化不大,规模扩大并没有对多锂引发剂的引发性能产生影响。同时,批量制备的各批多锂引发剂的性能比较稳定,其浓度均在0.14mol/L至0.16mol/L之间,并且引发剂中THF含量相差不大。此外,多锂引发剂的保存时间大于40天,完全可以满足工业化要求。本论文通过研究聚合过程的规模放大效应,探讨了规模扩大后聚合反应体系温度及压力的变化规律,并且对大规模反应装置的破杂工艺进行了研究及改进,制备出了符合设计要求的星形溶聚丁苯橡胶。所制备产品的拉伸强度为23.9MPa,300%定伸应力为13.4MPa,撕裂强度为41.3KN/m,扯断伸长率为482%,压缩疲劳温升为13.1℃。与同类产品相比,本产品的各项机械性能略优,并且压缩疲劳温升远低于同类产品。采用本产品替代40%的乳聚丁苯橡胶做胎面配合试验,并与拜尔公司5025高性能胎面胶进行对比,结果表明自制的星形溶聚丁苯橡胶的滚动阻力性能和低温性能均好于5025,唯独抗湿滑性能略低于5025,但是比常用胎面胶的抗湿滑性能高。为了在保持力学性能及低滚动阻力性能不变的基础上进一步制备出具有较高抗湿滑性能的橡胶,本论文的第三章部分从异戊二烯与苯乙烯二元共聚反应入手,研究了反应条件与二烯烃微观结构之间的关系。结果表明在极性试剂、温度等因素中,极性试剂四氢呋喃(THF)对异戊二烯微观结构的影响大于温度的影响,随着THF用量的增加异戊二烯的1,4-结构含量降低,3,4-结构和1,2-结构含量增加。在THF存在下,随着聚合温度的升高,异戊二烯的1,4-结构含量增加,3,4-结构和1,2-结构含量降低。随着单体配比中苯乙烯单体含量的增加异戊二烯的1,4-结构含量增加,3,4-结构含量降低,但是1,2-结构含量略有增加。依据二烯烃的阴离子均聚合理论模型,本文针对二烯烃与苯乙烯共聚过程中出现的四种共聚反应过程提出了相应的共聚合过渡态模型,并采用该模型对实验结果进行了分析和解释。随后,本章研究了极性调节剂和反应温度对共聚物序列结构的影响。通过前两部分对二烯烃与苯乙烯共聚合规律的研究,本论文在第四章中进行了异戊二烯-苯乙烯-丁二烯三元共聚物(SIBR)的制备研究。采用不同引发剂种类,以及不同THF用量等聚合条件,通过一次性投料方式制备了具有不同分子链构成方式的三元共聚物SIBR。它们分别具有一个或两个不同的玻璃化转变温度,为进一步控制玻璃化转变温度范围提供了参考。SIBR性能测试结果显示,SIBR具有较高的撕裂强度和300%定伸应力,但是其拉伸强度略低于溶聚丁苯橡胶。由于三元共聚物分子链中异戊二烯单元耐老化性能较差,所以本论文的第五章内容将研究的目标放在了星形两嵌段溶聚丁苯橡胶。首先,我们对活性短链法双锂引发剂进行了工艺改进,制备了具有较低THF含量的多官能度锂引发剂,其R值范围为0.8至1.5。然后我们采用该引发剂合成了星形嵌段共聚物的第一嵌段(星形丁二烯均聚段),由于聚合体系中THF含量较低,所以第一嵌段中以1,4-聚丁二烯结构为主,含量约为79%至82%。星形嵌段共聚物的第二嵌段为丁二烯与苯乙烯二元共聚段。在共聚段制备过程中我们将体系R值提高到60,并且研究了第二反应阶段的单体配比中苯乙烯含量从25%升高至66.8%时共聚嵌段微观结构以及物机性能的变化情况。结果表明随着苯乙烯含量的增大,共聚段中乙烯基含量明显降低,整个共聚物的玻璃化转变温度逐渐由-30℃向0℃靠近,共聚物在0℃时的损耗值增加,抗湿滑性能增大。当苯乙烯含量大于34.9%时,在共聚物末端出现了苯乙烯均聚嵌段。当苯乙烯均聚嵌段含量较低时,共聚物的抗湿滑性能和力学性能得到改善,但是当苯乙烯含量达到66.8%时,嵌段共聚物的损耗曲线表现出两个分离的损耗峰,共聚物的动态性能变差。将星形嵌段丁苯橡胶分别与第二章自制的星形无规溶聚丁苯橡胶以及星形溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶的共混胶进行性能对比,结果表明星形嵌段丁苯橡胶的力学性能略优于星形无规溶聚丁苯橡胶以及共混橡胶,在60℃时的损耗值与后两者相差不大,但是在0℃时的损耗值远大于后两者。这表明星形嵌段橡胶在不降低原溶聚丁苯橡胶力学性能的基础上使抗湿滑性能得到了提高,实现了对星形溶聚丁苯橡胶的性能改进。
【作者】冯华东；
【导师】张兴英；
【作者基本信息】北京化工大学，高分子化学与物理，2008，博士
【关键词】星形溶聚丁苯橡胶；异戊二烯-苯乙烯共聚物；集成橡胶；星形嵌段共聚物；微观结构；力学性能；动态性能；

【参考文献】
[1]林娜.基于小波变换的电缆故障测距研究[D].东北石油大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[2]陈伟,傅毅,孙俊,须文波.一种改进二进制编码量子行为粒子群优化聚类算法[J].控制与决策,2011,10:1463-1468.
[3]李坤.基于ERP系统的A公司标准成本的构建和应用研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[4]黄龙.基于拍频解调的光纤激光传感器的研究[D].南京大学,材料学,2013,硕士.
[5]刘有科.灰土强度影响因素及其本构关系的研究[D].西安建筑科技大学,岩土工程,2004,硕士.
[6]江婉蓉.调查对象一致性对结构方程拟合健康信念模型结果影响的评价[D].华中科技大学,公共卫生,2013,硕士.
[7]陈军.论艺术设计符号的形式、内涵及具体运用[J].艺术科技,2013,11:335.
[8]孙芳.顺康之际的词论研究[D].安徽师范大学,中国古代文学,2004,硕士.
[9]王静.基于半定规划的WSAN分布式定位技术研究[D].西南交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[10]蒋天颖,王俊江.智力资本、组织学习与企业创新绩效的关系分析[J].科研管理,2009,04:44-50.
[11]常冬梅.特发性血小板减少性紫癜中医证候分布规律探讨[D].河南中医学院,中医内科学,2012,硕士.
[12]刘鹏.长春市健身气功俱乐部运行模式研究[D].辽宁师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[13]王颂颂.我国听证制度的演进与思考[D].复旦大学,科学社会主义与国际共产主义运动,2012,硕士.
[14]袁野.海外利益视角下的中国能源安全研究[D].吉林大学,国际政治,2013,硕士.
[15]谢华.一体化关联规则挖掘体系[D].南京航空航天大学,2005.
[16]王运法.美军的流星余迹通信——应用系统与设备[J].军事通信技术.1988(04)
[17]王志东.提花织物外观计算机模拟算法研究[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[18]何凡.MU-MIMO-OFDM上行链路中载波频偏同步技术研究[D].复旦大学,电路与系统,2012,硕士.
[19]石魁.气缸套疲劳寿命模拟试验研究[D].河南科技大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[20]李威北.吉高集团吉草高速公路项目成本管理改进研究[D].吉林大学,工商管理,2014,硕士.
[21]刘川,方思行.基于FP-增长算法的复合项关联规则挖掘[J].计算机工程与应用,2005,05:182-183+189.
[22]向风雅.水土保持工程措施对花岗岩红壤坡面异质性的影响[D].华中农业大学,水土保持,2014,硕士.
[23]王莉.传统村镇旅游地居民态度与开发策略研究[D].安徽师范大学,人文地理学,2004,硕士.
[24]徐建梅.直乙交界处癌与直肠癌、乙状结肠癌的生存分析及结直肠癌的三线治疗[D].河北医科大学,肿瘤学（专业学位）,2014,硕士.
[25]周朋朋.法律监管对审计质量和审计收费的影响：来自沪深上市公司的经验证据[D].山东财经大学,会计学,2012,硕士.
[26]孟钰娟.某风电场集电线路继电保护的研究[D].新疆大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[27]李洁.媒介融合背景下的美国社区电台运营分析及对我国的启示[D].内蒙古大学,新闻与传播,2014,硕士.
[28]崔璐璐.跨国并购知识转移绩效的影响因素研究[D].吉林大学,国际贸易学,2014,硕士.
[29]蔡默超,蔡森荣,郑明森,董全峰.纳米CoFe_2O_4/GNS负极制备及其电化学性能研究[J].电化学,2014,02:101-104.
[30]山岸百合子.开窗助萌术治疗埋伏阻生牙的临床相关研究[D].吉林大学,口腔临床医学,2014,硕士.
[31]吕琳.黑龙江省村镇银行信用风险管理研究[D].东北农业大学,金融学,2013,硕士.
[32]侯亚敏.地理信息系统（GIS）在汞生物地球化学研究中的应用[D].中国科学院研究生院（地球化学研究所）,环境地球化学,2004,硕士.
[33]钱晨.在AS/RS仓储系统中基于成本最小的优先级存取策略研究[D].华中科技大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[34]王显伦1,2,任顺成2,潘思轶1,*,曹丽萍3.木聚糖酶对面团流变性和热力学特性的影响[J].食品科学.
[35]卫恩泽,彭燕华.板坯加热炉控制技术现状及发展(上)[J].冶金自动化,2010,03:5-9+18.
[36]陈文斌.机车空调控制系统的研究[D].西北工业大学,电工理论与新技术,2004,硕士.
[37]赵茹.实时心肌声学造影定量评价缺血后适应对微循环的影响[D].苏州大学,心血管内科学,2013,硕士.
[38]周朱林.受侧向膨胀影响的爆震波传播过程及自持机理研究[D].国防科学技术大学,航空宇航科学与技术,2012,硕士.
[39]刘英哲,来蔚鹏,尉涛,葛忠学.石墨烯双分子层封装液态硝基甲烷的分子动力学模拟研究[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第15分会：理论化学方法和应用[C].中国化学会:,2014:1.
[40]范鹏飞.全麻与腰硬联合麻醉对腹部手术患者核心体温的影响[D].山西医科大学,麻醉学（专业学位）,2013,硕士.
[41]华杰,徐盛明,徐景明,朱国才,池汝安,时文中.原子力显微镜测定力-距离曲线的原理和应用[J].金属矿山.2003(01)
[42]汪琼.水热法合成Bi_2Se_3-Sb_2Se_3纳米复合材料及性能研究[D].浙江理工大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[43]莫鸿强.遗传算法搜索能力和编码方式研究[D].华南理工大学,2001.
[44]曾铃凌.我国柑橘产业知识产权法律保护问题研究[D].华中农业大学,经济法学,2014,硕士.
[45]梁瑞.政府工作报告译文与国情咨文语法衔接对比研究[D].北京外国语大学,MTI英语笔译,2014,硕士.
[46]缪兰兰.解雇权限制法律问题研究[D].辽宁大学,法律,2012,硕士.
[47]杨强.C波段圆极化宽带单脉冲微带阵列天线关键技术研究[D].北京理工大学,电子与通信工程（专业学位）,2014,硕士.
[48]董佳.CAN总线分析仪设计[D].华南理工大学,控制工程,2012,硕士.
[49]侯彦霞.桑顿·怀尔德戏剧中间离效果的研究[D].河北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[50]李秋丹,迟忠先,王大公.基于数据挖掘技术的负荷预测模型[J].大连理工大学学报,2003,06:845-848.