近年来,随着汽车工业的高速发展以及世界石油资源的日趋紧张,对汽车的要求越来越高,不仅要求其具有安全、舒适性能,还需要汽车具有节能的特点,这就要求所配套的轮胎具有低滚动阻力、优异的耐磨性和高湿抓着性,但这三项性能难以得到最佳平衡,其中一项或者两项性能提高的同时会引起其余性能的损失,因此这三项性能被称作轮胎性能的“魔鬼三角”。为使“魔鬼三角”达到最佳平衡,必须在橡胶的分子结构设计方面有所突破,因此以分子结构设计为思路制备新型节能橡胶是本课题的一个研究方向。此外,一种新型的结晶型高分子材料—反式-1,4-聚异戊二烯(TPI)因其分子链具有良好的柔顺性,硫化胶具有动态生热和滚动阻力低等优点,且国内外没有TPI应用于胎面胶中节能机理的文献报道,因此TPI应用于胎面胶的节能机理研究为本课题的另一个研究方向。论文的第一部分(论文第三章)从分子结构设计角度出发,研究了端基改性全偶联溶聚丁苯橡胶的制备、结构与性能。率先采用多官能团有机锂引发剂,在全偶联溶聚丁苯橡胶(S-SSBR)聚合反应末期加入叔丁基二苯基氯硅烷(TBCSi)进行封端改性,制备出能够钝化分子链自由末端的全偶联溶聚丁苯橡胶(TS-SSBR)。采用核磁表征验证了末端改性结果,并通过核磁谱图中特征峰的峰面积之比得到了封端效率。结果表明,末端改性后的胶料,分子链自由末端减少与其对炭黑的吸附作用使得复合材料中炭黑分散性得到提升,炭黑与橡胶之间的相互作用大大增强,硫化胶的内摩擦降低,从而体现出优异的力学性能、高抗湿滑性能和低滚动阻力特性,可作为绿色轮胎胎面胶的一个品种。论文的第二部分(论文第四章)设计了锡偶联杂臂聚丁二烯-溶聚丁苯橡胶的结构,分别利用不同偶联工艺与不同引发剂合成出同时具有锡偶联结构、杂臂结构与末端改性结构的新型分子结构橡胶,通过核磁,凝胶渗透色谱-紫外分析(GPC-UV)联动测试验证了其分子结构并计算了活性链的偶联效率。研究了炭黑填充杂臂橡胶的结构与性能,并与炭黑填充的传统共混橡胶复合材料进行对比。结果表明,使用本课题组自拥有专利引发剂1,1-二苯基己基锂(DPHLi),采用两步偶联工艺制备的杂臂橡胶具有炭黑分散性好、复合材料的力学性能优异、生热和磨耗低、O℃tanδ高与60℃tanδ小的特点,使胎面胶材料同时具有高耐磨性、高抗湿滑性与低滚动阻力特性,可作为绿色轮胎胎面的首选胶料。论文的第三部分(论文第五章)比较了炭黑,白炭黑以及双相填料填充集成橡胶(SIBR2505)复合材料综合性能的差异。通过门尼粘度、结合胶含量测试以及低场核磁共振测试(NMR)研究了复合材料中填料与橡胶基体间的相互作用,使用橡胶加工分析仪(RPA)与透射电镜(TEM)分析了复合材料的填料网络结构。结果表明,门尼粘度,结合胶含量与低场核磁共振在表征填料与SIBR2505之间的相互作用强度上存在着一致相关性：即炭黑与SIBR2505之间的相互作用最强,白炭黑最弱。白炭黑填充复合材料具有最强的填料网络结构,因此其硫化胶具有最低的tan δ峰值以及高弹态下最高的储能模量。炭黑填充复合材料具有最好的耐磨性与最高的拉伸强度,但其内摩擦损耗与压缩疲劳温升最高。论文的第四部分(论文第六,七章)考察了在乳聚丁苯(ESBR)体系与天然橡胶(NR)体系中反式-1,4-聚异戊二烯(TPI)作为节能胎面胶料的综合性能。首先研究了TPI的结晶结构及形成结晶的条件,发现当温度为35℃时,其完全结晶时间为3小时左右,晶体尺寸能够达到100μm以上；当温度为23℃时,其完全结晶时问仅为10分钟,晶体尺寸在20μm左右。其次采用最佳工艺研究了在ESBR体系与NR体系中并用TPI与全偶联SSBR复合材料的综合性能,探索了TPI在胎面胶中的节能机理。结果表明,三种不同加工工艺下ESBR/TPI混炼胶与硫化胶中均存在TPI的晶体,并利用橡胶加工分析仪(RPA)证明了动力场中ESBR/TPI胶料随着温度的升高存在结晶-非晶转变；而最佳工艺下TPI/NR硫化胶中不存在TPI的晶体。作为胎面胶料使用时,ESBR体系中,加入25份的TPI与加入40份的全偶联SSBR具有同样的节能效果；NR胶体系中,加入15份的TPI与加入25份全偶联SSBR的效果相当。对于ESBR体系,首次研究了TPI应用于胎面胶材料中的节能机理,提出“晶粒存在,填料增强；晶粒熔融,基胶降耗”的节能机理。