热胀离解法研究炭黑结合胶的热稳定性能

【摘要】轮胎行业传统上一直使用炭黑补强，但近年法国米其林公司提出白炭黑补强的“绿色轮胎”概念，世界各国形成开发白炭黑的热潮，白炭黑因其“低生热、低滞后”等优良特性，使“黑白之争”愈演愈烈，甚至有取传统炭黑而代之的趋势，但白炭黑等新型无机填料必须依靠偶联剂与橡胶结合，在室温直至高温下的热稳定性的考察却鲜有独立研究，热稳定性显然与轮胎的安全使用息息相关，因此有必要加以研究。当在橡胶中混入炭黑时,将会以炭黑为中心形成结合橡胶，这种结构对炭黑胶料可以产生补强效果，并成为硫化橡胶性能优劣的关键因素。因此,对于结合橡胶的结构及其填料网络性能进行研究对深入了解炭黑的补强机理十分有利。另外，动态热机械分析法可以在程序控制的温度下，对橡胶施加振动负荷，这可以在某种程度上模拟轮胎使用的实际过程，研究其补强性能的优劣。本文选用了三类具有代表性的填料，对普通炭黑N330、N660，高结构炭黑N234、N115和白炭黑TB-2、GP进行了实验对比，研究内容主要分为三部分：探究制备高质量结合胶的制备工艺参数，扫描炭黑的典型微观形貌；利用热胀离解法研究结合胶内部成键类型及键能大小，并检测其硫化胶的宏观力学拉伸性能，建立结合胶内部作用力与硫化胶宏观力学性能间的关系；最后，利用动态热机械分析法，测定更高温度的稳定性，测定凝聚态橡胶的动态力学性能，研究聚合物内分子链粘弹性能，获得有关材料内部分子运动及转变信息。实验结果如下：（1）物理结合力大小以白炭黑为最优，普通炭黑与高结构炭黑次之。化学吸附力及化学结合力大小均以高结构炭黑为最优，填料表面活性中心的成键键能大小以普通炭黑最牢固，白炭黑最劣。结合胶内部各种类结合力均以高结构炭黑最为稳定，白炭黑最不稳定。300％定伸应力与共价键结合力强度成正比关系、拉伸强度与物理结合力稳定性成正比、扯裂伸长率与物理结合力大小间成正比。（2）普通炭黑在低温下，具有优异的回弹性能，耐久性好，滞后低，高温段表现出最好的结合稳定性，但阻尼效应的温度范围最广，易生热，滞后性高。高结构炭黑玻璃化温度最低，具有最优异的低温性能，中温段具有良好的结合性能，并具有最好的轮胎湿抓地力。白炭黑内部结构具有最好的交联稳定性，耐久度最好，整体生热最低。高温下表现出与结合胶一致的现象，即内部结合键多，但多属于物理性结合，键能不高。（3）溶剂法制备高含量结合胶的工艺参数为：在橡胶/甲苯溶液的浓度0.02g/ml，橡胶和炭黑的比例是2:1，反应时间为10小时，静置时间为72h，抽提时间为5天，可将制备高质量的结合胶，此时干凝胶抽提完全，结合胶含量误差最小。溶剂法与混炼法所制的结合胶具有十分相似的离解曲线，在实验研究中，完全可以采用溶剂法代替混炼法研究其热解性质。
【作者】宋亦兰；
【导师】陈建；
【作者基本信息】四川理工学院，化学工艺，2014，硕士
【关键词】炭黑；白炭黑；结合胶；热胀离解法；动态热机械法；

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