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。     

石墨烯改性白炭黑填料对天然橡胶性能的影响

白炭黑(主要成分为纳米SiO₂,nano-SiO₂)由于易于制取、绿色环保等优点,现被广泛用于橡胶补强中,但是白炭黑因为结构上的特点,导致其在橡胶中的分散性和补强能力比炭黑差。利用硅烷偶联剂改善白炭黑在橡胶中的分散性,并研究改性白炭黑和石墨烯(GE)的协同补强作用对天然橡胶(NR)的影响。使用助分散剂单宁酸(TA)修饰的石墨烯与使用硅烷偶联剂KH570改性的白炭黑通过迈克尔加成反应得到杂化填料(KS-TGE),与天然橡胶充分混合制得KS-TGE/NR复合材料。经过测试,白炭黑经过改性后不仅改善了其在橡胶中的分散性,并且其和石墨烯制得的杂化填料与天然橡胶共混后,天然橡胶的力学性能得到提升。与未改性的nano-SiO₂/NR相比,改性后的复合材料拉伸强度最高提升36.3%,断裂伸长率最高提升79.5%,此外KS-TGE/NR仍能保持优异的弹性和动态力学性能。     

炭黑表面活性对填料网络和填料与橡胶之间相互作用的影响

采用原位固相接枝技术,将天然橡胶大分子接枝到炭黑表面,并考察了炭黑表面活性对其填充天然橡胶中填料网络和填料与橡胶相互作用程度的影响。结果表明：炭黑经过接枝改性后,其表面活性增加,且与橡胶基体的相互作用力增大,炭黑之间的网络化程度降低。     

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.     

用溶胶-凝胶法原位生成SiO_2增强橡胶

传统的橡胶增强方法是在硫化前将增强剂通过机械混合的方式加入到橡胶基质中。炭黑是用这种方法最有效而且应用最广泛的填料,它对硅橡胶以外的所有橡胶都有良好的增强效果;其缺点是分菜困难,污染大,制品色调单一(为黑色)。白炭黑是一种浅色或透明制品中,白炭黑应用比较广泛;其缺     

原位接枝改性炭黑对天然橡胶性能的影响

采用原位液相接枝技术在炭黑表面接枝聚乙二醇400,研究了接枝前后炭黑补强天然橡胶的性能.结果表明:在相同填料添加量下,填充接枝改性炭黑的胶料焦烧时间和正硫化时间有所缩短,物理机械性能明显改善;当添加50份填料时,相比于添加未改性炭黑的胶料,填充接枝改性炭黑胶料的结合胶含量提高了16.5个百分点,拉伸强度和撕裂强度分别提升了6.1MPa和19.5kN/m,绝对磨耗质量由0.53g下降至0.37g,硫化胶在0、60和80℃时的tanδ分别下降了16.67%、45.23%和45.45%.动态力学测试和SEM分析表明,胶料性能提升的主要原因是接枝改性炭黑在橡胶基体中分散性的改善及炭黑与橡胶间相互作用力的增加.     

高岭土作橡胶填料的研究

高岭土经煅烧、粉碎、表面改性处理后可制取橡胶补强填料．经改性处理对补强性能影响的实验研究表明：高岭土由于其本身性质的特殊性，极易在表面进行接枝改性；过320目筛；经含量为3％的处理剂表面改性后的高岭土填料对橡胶具有较好的补强作用，可完全替代碳酸钙或陶土，产生较好的补强效果，也可部分替代炭黑，降低生产成本．表6，参3     

白炭黑的表面改性和性能研究

为提高白炭黑对有机高分子的亲和性,利用偶联剂同时拥有亲油基和亲水基的结构特性,对白炭黑颗粒表面进行改性.考察了改性时间、温度、pH和偶联剂与白炭黑的质量比对白炭黑表面改性情况的影响.通过红外光谱、热失重、氮气吸脱附、接触角、活化度及沉降体积测试等手段对改性前后白炭黑结构及改性效果进行表征.结果表明,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)的改性效果明显优于γ-巯丙基乙氧基双(丙烷基-六乙氧基-硅氧烷)(Si747)和双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69).以无水乙醇为改性剂,当KH570与白炭黑的质量比为14%、改性温度为50℃、pH为7、改性反应6 h时,活化度达到最大.改性后偶联剂接枝在白炭黑表面,亲水性降低、分散性提高,表面浸润性得到明显改善,拓宽了白炭黑在工业中的应用范围.     

微纳米活性复合矿物橡胶助剂的研制

根据白炭黑性能及其在钢丝绳橡胶运输带中作粘合助剂的机理分析研究,通过"矿物/表丽活性剂/橡胶"三相化学界面设计,复合利用多种非金属矿物,并将其超细粉碎至微纳米级粉体,经表面化学改性,研发成功白炭黑等量替代产品,并实现了产业化.提出了微纳米复合矿物粉体经表面设计及化学改性,可以作为橡胶粘合助剂产品的理论和一条工艺技术路线.     

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.     

纳米高岭土和白炭黑硫化橡胶复合材料

采用硫化和机械性能测试以及热重分析(TGA)和透射电子显微镜(TEM)等手段,对纳米高岭土(NK)和白炭黑(PS)各自填充的丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)、顺丁橡胶(BR)、三元乙丙橡胶(EPDM)等四种复合材料的硫化性能、力学性能、热稳定性能和微观结构进行了表征和时比.结果表明,纳米高岭土有效改善了橡胶前期硫化的操作安全性,加快了硫化速度,提高了生产效率.其橡胶复合材料具有优异的弹性,拉伸性能与白炭黑橡胶基本接近,撕裂强度和定伸强度比白碳黑稍差.纳米高岭石在橡胶基体中分散性良好,片层厚度小于100 nm,呈定向平行排列.纳米高岭石粒子与橡胶大分子之间良好的界面结合,是促进其热稳定性能提高的主要原因.图5,表3,参11.     

湿法白炭黑超细粉工业化生产及产品性能表征

湿法生产白炭黑超细粉是采用廉价原料及通用化工设备,避免了气相法生产的弊端,产品活性高,作为橡胶,塑料助剂应用于橡胶领域中,使橡胶性能得以改善。该工艺简便,产品质量高,成本低廉,具有广阔的市场前景,经济效益十分显著。     

精细胶粉物理化学法制备及其组织性能

物理化学法制备的胶粉粒度比用传统粉碎工艺制备的胶粉粒度要细化得多;延长粉碎时间、增加料筒中介质体积分数、减少装料体积均有利于胶粉细化.试验还显示:用物理化学法制备的精细胶粉粒度低,力学性能也明显优于普通粉碎法. 60～80目胶粉的扯断强度最低,140～200目胶粉的扯断强度最高.     

橡胶集料对混凝土抗冻性的影响

取两种不同粒径、四种不同掺量的橡胶代替等体积的细骨料砂制作橡胶混凝土试件,对其进行快冻法试验,研究橡胶集料混凝土在冻融循环作用下的耐久性.研究表明,随着橡胶掺量的不断增加,抗压强度和动弹性模量都会不断下降,但掺入橡胶能改善混凝土的抗冻性,橡胶粉比橡胶颗粒的效果好,掺入5%~10%的粒径≤0.27mm橡胶粉对混凝土的抗冻性能有明显改善作用.不过,掺入过多的橡胶则会降低其抗冻性.结果表明,运用无损检测的动弹性模量能很好地对橡胶混凝土的抗冻性作出正确评价.     

静电植绒法制备石墨微鳞片高导热界面材料

为了制备高导热、低热阻的大面积导热界面材料,使用静电植绒法在高电压静电场下垂直取向石墨微鳞片,取向后的石墨微鳞片阵列在平面方向上呈现无规且紧凑的结构。通过微粉灌注法向石墨微鳞片中填充高密度聚乙烯（HDPE）或聚氨酯微粉,或者通过液态刮涂法填充低黏度硅橡胶前驱体,加热固化后,形成大面积高导热界面材料。导热性能测试结果表明：石墨微鳞片阵列（粒径1 000 μm）与柔性聚氨酯微粉复合形成的导热膜在68.95 kPa和689.5 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为4.3 W/（m·K）和8.7 W/（m·K）;与柔性硅橡胶复合形成的导热膜在68.95 kPa和344.75 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为2.0 W/（m·K）和4.1 W/（m·K）;与硬质HDPE微粉复合形成的导热膜由于表面过于粗糙和坚硬,无法测得可靠的导热率。实际散热效果显示,柔性硅橡胶导热膜与石墨纸贴合的散热结构能够将热聚集点的热量快速传递到石墨纸表面,并通过石墨纸层均匀散开。     

废胶粉/铅锌尾矿砂新型阻尼复合材料

为探索对废胶粉和铅锌尾矿砂再生资源化利用的新途径,进行了用废胶粉与铅锌尾矿砂制备新型阻尼材料的研究。采用正交实验极差分析方法,研究了胶粉目数、尾矿量、DBP量对材料阻尼性能的影响。结果表明:废胶粉/铅锌尾矿砂制备阻尼材料的最佳配方为:胶粉目数为50目,尾矿砂目数为800目,废胶粉量为100 g,尾矿砂量为10 g,增塑剂DBP量为15 mL,对应阻尼损耗因子峰值为0.409 7;制备的废胶粉/铅锌尾矿砂新型阻尼材料的阻尼峰在低温,适合作为低温阻尼材料使用。     

基于密炼接枝工艺的杜仲胶改性橡胶沥青效果分析

杜仲胶为中国产特有的一种天然橡胶,具有可硫化或者接枝的双键结构。为解决橡胶沥青中胶粉与沥青相容性不足从而导致施工和易性差的问题,采用接枝工艺在杜仲胶与胶粉、沥青之间建立紧密化学链接是一个十分有效的技术手段,但限于溶剂接枝工艺复杂不利于工业化生产的现状,提出在密炼机中将接枝物与杜仲胶通过高温密炼的方式将其接枝改性。为了验证密炼接枝能否达到溶剂接枝的改性效果,开展了普通胶粉、密炼杜仲胶改性胶粉、溶剂接枝杜仲胶改性胶粉和密炼接枝改性胶粉4种胶粉对沥青的改性试验,通过常规与SHARP的沥青宏观试验方法和红外光谱、荧光显微镜和扫描电镜等微观观测方法进行了测试,分析了不同杜仲胶接枝方法对橡胶粉的影响。试验结果表明：高温密炼可以使橡胶粉产生脱硫和杜仲胶硫化等化学反应,从而改性橡胶沥青性能;并且能使小官能团在高温和机械作用下接枝到杜仲胶上,与橡胶粉混合后使其具有更高的化学活性,能与沥青建立更为有效的化学联系;杜仲胶无论密炼还是溶剂接枝均能与橡胶粉和基质沥青产生交联反应、构建交联网络,使沥青内部形成稳固的空间交联结构,显著提升橡胶沥青的施工和易性和体系稳定性。     

基于橡胶粉降噪微表处路用性能研究的配合比优化

通过分析橡胶粉降噪微表处减振降噪机理,基于正交试验对橡胶粉降噪微表处路用性能影响因素进行研究,对橡胶粉降噪微表处的配合比进行优化。研究表明:微表处路面添加橡胶粉后可以通过增加阻尼的方式来减弱轮胎在路面上的振动,而且混合料表面形成多孔吸声结构来降低噪声,同时起到减振降噪的作用;改性乳化沥青配合比、橡胶粉掺量以及橡胶粉粒径均会不同程度地影响橡胶粉降噪微表处的抗车辙性能、抗水损性能以及降噪性能;根据各因素对各技术指标的贡献顺序对橡胶粉降噪微表处进行了配合比的优化:级配为①类型均匀级配,其中,改性乳化沥青用量为11.5%,外加水量为3%,水性环氧树脂掺量为10%,另外,橡胶粉的细度选择0.250 mm,掺量为3%。