界面氢键结合的天然橡胶/改性气相法白炭黑纳米复合材料

用间苯二酚与六亚甲基四胺络合物（RH）对气相法白炭黑进行表面改性,通过混炼和硫化制备了天然橡胶/改性气相法白炭黑（NR/M-silica）纳米复合材料,并通过力学性能测试、交联密度测定、透射电镜、差示扫描量热法、红外光谱和X射线光电子能谱等手段研究了纳米复合材料的结构和性能．结果表明：M-silica对NR硫化胶的补强效果显著优于未改性的气相法白炭黑,当M－silica用量为4～10份时,硫化胶的力学性能最佳;M-silica在橡胶基体中分散良好,硫化胶的交联密度和玻璃化温度提高;在改性剂RH作用下,白炭黑的Si-O键和硅羟基的红外光谱特征吸收峰发生明显的蓝移,且O原子的结合能发生明显的变化,表明白炭黑表面的硅羟基与RH受热后形成的间苯二酚甲醛树脂中的酚羟基之间形成了明显的氢键作用．在上述研究的基础上讨论了RH改性气相法白炭黑补强天然橡胶的机理．     

改性白炭黑与炭黑协同增强天然橡胶复合材料

为了改善填料的分散性,采用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),并制备改性白炭黑/炭黑/天然橡胶复合材料,通过傅里叶红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM),动态力学分析仪(DMA),热失重分析仪(TGA)等分析方法,研究AMI改性对白炭黑/炭黑/天然橡胶复合材料微观结构、力学性能、动态力学性能的影响。结果表明:经AMI改性后,白炭黑粒子间的相互作用减小,团聚倾向减弱,且与炭黑并用后在橡胶复合材料基体中的分散性改善,弥散效应和界面作用增强,改性复合材料的硫化反应活化能降低,综合力学性能提高。此外,离子液体用量的提高有助于复合材料分子链有序性的增加,使复合材料的热稳定性增强。可见改性白炭黑与炭黑并用对橡胶有很好的补强效果。     

天然橡胶/改性气相法白炭黑纳米复合材料的制备

用间苯二酚与六亚甲基四胺络合物（RH）对气相法白炭黑进行表面改性,产物与天然橡胶混合,通过混炼和硫化制备了天然橡彬改性气相法白炭黑（NR／M-silica）纳米复合材料．采用力学性能测试、交联密度测定、透射电镜、差示扫描量热、红外光谱和X射线光电子能谱等手段研究了该纳米复合材料的结构和性能,并探讨了RH改性气相法白炭黑补强天然橡胶的机理．结果表明：M-silica对NR硫化胶的补强效果明显优于未改性的气相法白炭黑,当M-silica用量为4％-10％时,硫化胶的力学性能最佳;M-silica在橡胶基体中分散良好,硫化胶的交联密度和玻璃化温度升高;在改性剂RH作用下,白炭黑中的Si-O键和硅羟基的红外光谱特征吸收峰发生明显的蓝移,且O原子的结合能发生明显的变化,表明白炭黑表面的硅羟基与RH受热后形成的间苯二酚甲醛树脂中的酚羟基之间形成了明显的氢键作用．     

活性硅酸钙填充丁苯橡胶复合材料性能研究

以活性硅酸钙、炭黑、白炭黑为原材料,使用硅烷偶联剂对其进行改性,采用熔融共混法制备丁苯橡胶复合材料,研究了改性剂种类、添加量、硅酸钙填充量、与炭黑、白炭黑配合比例对丁苯橡胶复合材料硫化性能、力学性能的影响.研究表明：添加硅酸钙后,复合材料的硫化性能得到优化;在与白炭黑或炭黑配合填充时,可明显缩短硫化时间、降低最小扭矩,提高了胶料的压延性能和生产效率;在低拉伸率范围内,硅酸钙表现出优异的补强性能,可替代或部分替代昂贵的炭黑、白炭黑等传统填料,以降低橡胶制品的经济成本.     

无机纳米粒子对木粉/高密度聚乙烯木塑复合材料热学及力学性能的影响

为了探讨3种无机纳米粒子(纳米碳酸钙(NPCC)、纳米蒙脱土(NMMT)和纳米氧化铝(NAL))对木粉/高密度聚乙烯(HDPE)木塑复合材料热学性能和力学性能的影响,采用模压成型方法制备木粉/HDPE木塑复合材料,利用综合热分析仪和热膨胀系数仪分析了木塑复合材料的热学性能,并测定了其力学性能.结果表明,3种无机纳米粒子对木粉/HDPE木塑复合材料的热学性能和力学性能均有一定影响.其中:添加NPCC可使木粉/HDPE木塑复合材料的线性热膨胀系数降低38.95%,并具有较好的热稳定性,从而在受热过程中的起始热分解温度提高了2.8℃,600℃时的残重率提高了39.1%;同时,添加NPCC的木粉/HDPE木塑复合材料力学性能提高的幅度最大,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了32.86%、11.05%和35.32%.     

沉淀白炭黑的表面改性及其填充ABS复合材料的性能

采用硼酸酯偶联剂干法改性沉淀白炭黑,并将此改性沉淀白炭黑(SiO2-EB)填充于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物中制备复合材料(SiO2-EB/ABS).运用FE-SEM观察到经过硼酸酯处理的沉淀白炭黑的分散性较改性前的明显改善,即单个颗粒间黏结团聚明显降低.通过FT-IR和TGA手段证实在沉淀白炭黑表面存在部分偶联的硼酸酯分子.通过对复合材料力学性能和热性能的测试表明,改性沉淀白炭黑在ABS塑料中最佳填充范围在7.5%～10.0%,其中填充10.0%时复合材料的拉伸强度和冲击强度比未改性的填充复合物分别提高了18.1%和40.2%.随着改性沉淀白炭黑的填充以及填充量的增加(5.0%、7.5%、10.0%、20.0%),所得复合材料的分解温度由纯ABS的410.3℃逐渐提高到416.6℃(改性沉淀白炭黑填充量达10.0%),材料耐热性能有所增强.对于复合材料拉伸断面的表观形貌,FE-SEM观察结果显示改性沉淀白炭黑在ABS复合材料中分散性能良好,填充量达到20.0%时仍然无明显团聚,且与ABS基材界面相容性良好.     

聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料的制备与性能

用原位无皂乳液聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯/钠基蒙脱石(PMMA/MMT)、聚甲基丙烯酸甲酯/硅溶胶(PMMA/SiS)二元纳米复合材料,以及聚甲基丙烯酸甲酯/钠基蒙脱石/硅溶胶(PMMA/MMT/SiS)三元纳米复合材料.用凝胶液相色谱、小角X射线衍射、差热分析、热重分析以及拉伸测试探讨了纳米粒子种类、用量对聚合物组成、热稳定性和拉伸性能的影响.纳米粒子的加入使PMMA的分子量分布变宽.当纳米组分含量适当时,PMMA的热稳定性和拉伸强度得到增强,且三元纳米复合材料具有比二元纳米复合材料更好的热稳定性和更大的拉伸强度.     

环氧树脂/聚醚砜/纳米氧化铝复合材料的力学性能及介电性能

以甲基纳迪克酸酐(MNA)为固化剂,制备了环氧树脂/聚醚砜/纳米氧化铝三元复合材料,并对其力学性能、介电性能以及热稳定性能进行了研究,同时探讨了其性能增强机理。结果表明:当聚醚砜(PES)和纳米氧化铝(nano-Al_2O_3)的质量分数分别为15%和3%时,环氧树脂/15PES/3Al_2O_3复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别达到45.7kJ/m~2、87 MPa和180MPa,与纯环氧树脂相比,均有大幅度的提高。在测试频率为100Hz时,复合材料的介电常数和介电损耗分别为7.7和0.013 5,介电性能较纯环氧树脂也有一定提高。此外,热分解温度比纯环氧树脂的提高了73℃,热稳定性得到提高。     

纳米纤维素补强橡胶研究进展

纳米纤维素作为一种兼具环境友好、可降解、来源广泛以及可制备出不同形态和性能的纳米颗粒等特点的新型补强填料,近年来在高分子领域引起了极大的关注,但大部分研究局限于塑料领域,鲜见于补强橡胶.纳米纤维素补强橡胶不仅可改善橡胶的力学性能(提高橡胶的强度、模量),而且对橡胶的加工性能有积极影响,与此同时还能赋予橡胶可降解特性,减轻由传统填料补强橡胶所带来的环境污染压力.目前国内外纳米纤维素补强橡胶的研究主要集中在力学性能方面,也有少量关于吸水性能、阻隔性能、导电性以及动态力学性能等的报道.纳米纤维素由于表面较多的羟基而呈较强的极性,寻找高效且简易的方法对其表面改性以改善其在基体内的分散以及与橡胶基体的相容性,仍是目前亟待解决的问题.文中主要综述国内外在纳米纤维素补强橡胶方面的研究进展、笔者所在课题组在纳米纤维素替代炭黑或白炭黑补强橡胶方面所做的系列工作,以及纳米纤维素补强橡胶作为轮胎用橡胶的应用前景.     

硫化剂对HNBR/OMMT纳米复合材料性能的影响

为研究不同硫化剂对纳米复合材料性能的影响,选取硫磺和过氧化物双-2.5两种硫化体系,采用有机化蒙脱土(OMMT)作为氢化丁腈橡胶(HNBR)的补强剂,利用熔体插层法制备HNBR/OMMT纳米复合材料。应用X射线衍射和透射电子显微镜表征复合材料的微观结构,并分析了复合材料的力学性能和耐介质性能。结果表明:有机化蒙脱土在橡胶基体中达到了纳米级分散,硫磺硫化的复合材料的力学性能优于过氧化物硫化的复合材料的力学性能,而过氧化物硫化的复合材料具有优异的耐介质性。     

碳纳米管/天然橡胶复合材料的物理性能

为拓展碳纳米管应用领域,开发新型橡胶纳米复合材料,在碳纳米管预处理基础上,通过机械混炼方法将碳纳米管与天然橡胶复合。研究表明,与传统炭黑增强样品相比,碳纳米管在橡胶中的混入速度快,温升幅度小,混炼胶的硫化返原现象减轻。经过分散粘合体系处理,碳纳米管在橡胶中的分散性及界面粘合状况改善,热处理后复合材料的整体力学性能提高,对比炭黑增强样品,碳纳米管复合材料的弹性模量和玻璃化转变温度高,回弹及动态压缩性能好,并且热稳定性较高。     

碳纳米管／废胶粉复合材料的实验研究

通过机械混合方法将碳纳米管与废胶粉制备复合材料。结果表明：随着搅拌时间的变化,阻尼性能在搅拌10min时,出现一个最大值;复合材料内部出现了碳纳米管的富集区域和碳纳米管较少的区域,搅拌10min时界面结合相对较好;随着碳纳米管质量的增加,废胶粉复合材料的阻尼性能逐渐减小,拉伸强度则呈现和阻尼性能相抵触的规律。     

硫化体系和配合剂对丁腈橡胶/炭黑复合材料导电和力学性能的影响

将炭黑与丁腈橡胶混合制备导电复合材料，其中炭黑（Ｎ５５０）／丁腈橡胶电阻率随温度的变化呈一定强度的正温度系数（ＰＴＣ）效应．讨论了不同炭黑填充率、硫化体系、配合剂等对复合材料室温电阻率、ＰＴＣ效应和力学性能的影响．     

沉淀法白炭黑的制备及其填充SSBR/BR的研究

以水玻璃为原料,采用柠檬酸和硫酸,在沉淀反应前和陈化阶段前添加乙醇制备白炭黑并应用于绿色轮胎橡胶中。通过透射电子显微镜（TEM）、比表面积分析法（BET）和动态光散射（DLS）等手段对白炭黑样品进行表征,结果显示：白炭黑的DBP吸油值为2.1 mL/g,BET比表面积达239 m²/g,平均孔径为34.7 nm;白炭黑初始颗粒直径分布范围较窄,在10~19 nm之间呈正态分布,平均粒径15 nm,初级聚集体峰值150 nm左右,没有出现更大的聚集体尺寸。与商业化白炭黑Zeosil^®1165MP对比,制备的白炭黑填充SSBR/BR复合材料（silica-SSBR/BR）的正硫化时间t₉₀明显缩短,硫化速率变快;silica-SSBR/BR的拉伸强度和增强比均高于Zeosil^®1165MP-SSBR/BR;silica-SSBR/BR抗湿滑性能更优异,滚动阻力更低;silica-SSBR/BR和Zeosil^®1165MP-SSBR/BR的压缩生热相差不大。     

SiO2/EPDM复合材料微观形态与动态力学性能的关系

利用DMTA方法研究了分散剂、硅烷偶联剂以及二者并用对二氧化硅增强乙丙橡胶复合材料动态力学性能的影响,采用扫描电镜和橡胶加工分析仪测试了填料在橡胶基体中的分散和填料在基体中形成的填料网络结构,利用结合胶测试研究了复合材料中填料橡胶之间的相互作用程度。实验结果表明:按照空白样和采用分散剂、硅烷偶联剂、分散剂+硅烷偶联剂对SiO₂进行表面处理,填料在橡胶基体中的分散程度提高,填料填料的相互作用逐渐弱化,填料网络结构逐渐减弱,橡胶复合材料在低应变下的储能模量逐渐降低,抗滚动阻力性能逐渐提高。同时,结合胶含量逐渐提高,玻璃化转变峰逐渐变宽,复合材料的抗湿滑性能逐步提高分散剂与硅烷偶联剂并用改性二氧化硅对橡胶复合材料性能提高有协同作用。     

反式聚环戊烯橡胶在轮胎胎肩胶中的应用研究

对合成的3种不同相对分子质量的反式聚环戊烯橡胶（TPR）用于轮胎胎肩胶进行了研究，结果表明：与使用天然橡胶（NR）及顺丁橡胶（BR）/NR并用胶相比，TPR硫化胶的回弹性、老化性能、耐磨性和低温性能优异，耐疲劳性能好，动态生热低，滚动阻力小，抗湿滑性稍差，拉伸强度和撕裂性能较差；TPR/NR并用硫化胶与NR相比物理性能有所改善，耐老化性、耐磨性和低温性能优异，回弹性、耐疲劳性及动态生热相当，滚动阻力小，有较好的动态力学性能。相对分子质量较低的TPR2具有较佳的综合性能，TPR不适合单独应用于轮胎胎肩胶，其与NR并用具有较好效果。     

高乙烯基溶聚丁苯橡胶硫化体系的研究

该文研究了平衡硫化体系（EV）、传统硫化体系（CV）、半有效硫化体系（SEV）和有效硫化体系（EV）对锡偶联高乙烯基溶聚丁苯橡胶（HVSSBR）硫化胶性能的影响。结果表明：平衡硫化体系下HVSSBR具有较好的加工安全性，普通硫化体系具有较快的硫化速度。有效硫化体系的断裂伸长率、拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、抗热氧老化性能最好。有效硫化体系能赋予胶料较好的物理机械性能和动态力学性能。     

促进剂DM/D/TMTD对乒乓球拍胶皮性能的影响研究

研究了促进剂二苯胍(D)、二硫化二苯并噻唑(DM)、二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)不同并用比对天然橡胶(NR)/顺丁橡胶(BR)乒乓球拍胶皮的硫化特性及硫化胶性能的影响。结果表明:在DM/D并用体系中,随着促进剂D用量的增加,胶料焦烧时间t10和正硫化时间t90缩短,胶料的扯断伸长率、拉伸强度增大。在DM/TMTD并用体系中,促进剂TMTD的加入可以提高胶料的流动性,缩短正硫化时间;随着促进剂TMTD用量的增加,拉伸强度和扯断伸长率降低,耐老化性变化不大。与使用DM/TMTD体系相比,使用DM/D体系时,胶料的焦烧时间长,加工安全,硫化胶的物理性能较好。当DM/D并用比为0.382/0.618时乒乓球拍胶皮的综合性能最好。