芳纶表面改性对丁苯橡胶生热的影响

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橡胶材料固有的粘弹滞后和其内部的大分子链、填料之间的各种摩擦,致使胶料产生滞后损失,橡胶内部温升升高,热量积聚导致温度升高到较高温度时,会导致橡胶制品出现一系列的问题,生热最严重的后果是爆破-即橡胶制品的爆炸性破裂。而白炭黑与合适的偶联剂一起使用,可使胶料的滞后低于炭黑胶料的滞后;且芳纶纤维(AF)增强橡胶复合材料有着重要的应用价值,因此探究芳纶表面改性对橡胶生热的影响有重要意义。本文主要采用硅烷偶联剂KH550、K570和Si75改性白炭黑填充丁苯橡胶并对胶料与白炭黑的相互作用及复合材料的生热进行探究;采用热氧化处理、胶乳浸渍、涂覆马来酸酐化聚丁二烯(MLPB)方法处理芳纶纤维,以及不同浓度的磷酸对芳纶纤维进行刻蚀处理,考察了复合材料的交联密度与生热的关系,以及芳纶纤维与橡胶界面粘合水平与生热的关系。主要内容有以下几个方面:(1)通过结合胶、硫化性能的最大转矩(ML)、最大转矩与最小转矩的差值(MH-ML)、溶胀度、橡胶加工分析仪(RPA)测试和扫描电镜图结果表明:不同硅烷偶联剂改性后白炭黑(SiO2)在丁苯橡胶(SBR)中分散均匀,与橡胶相互作用力增大,其中KH550在硫化过程中产生化学反应接枝于橡胶大分子,其改性后的SiO2与SBR相互作用力最大。(2)压缩生热,动态力学性能分析(DMA)和滞后损耗结果表明:改性后SiO2/SBR复合材料生热降低,填料-橡胶相互作用力越大,生热越低,KH550-SiO2/SBR复合材料生热显著降低。(3)芳纶纤维经热氧化处理、胶乳浸渍、涂覆MLPB方法处理后,复合材料的100%定伸应力、300%定伸应力和撕裂强度都有明显提高,从拉伸断面形貌图和滑脱能结果表明:热氧化处理、胶乳浸渍、涂覆MLPB处理的AF与橡胶基体的界面粘结强度增大;通过对复合材料硫化性能和溶胀度的测试发现胶乳浸渍和涂覆MLPB使复合材料的交联密度降低,热氧化处理对复合材料交联密度影响不大;压缩生热,DMA和滞后损耗结果表明:胶乳浸渍和涂覆MLPB处理的AF复合材料的生热显著升高,而热氧化处理的AF复合材料生热有所降低,表明虽然胶乳浸渍和涂覆MLPB可使AF与橡胶界面粘合水平改善,但却使交联密度下降,从而使复合材料生热显著升高。(4)力学性能、RPA、SEM和滑脱能等结果表明随着磷酸(H3PO4)浓度的提高,纤维与橡胶基体的界面粘合效果得到改善;压缩生热,DMA和滞后损耗结果表明:随着磷酸浓度的提高,复合材料的生热持续降低,但当磷酸浓度达到30%时生热降低趋缓。(5)通过炭黑(CB)含量对橡胶复合材料性能影响的研究,发现炭黑含量减至35phr时,仍保持较好的力学性能,生热显著降低。通过白炭黑/炭黑/芳纶纤维-橡胶复合材料的性能的研究,发现随着SiO2的加入复合材料的payne效应减小,而磷酸改性纤维对复合材料payne无明显影响,且SiO2对AF增强丁苯橡胶有一定的协同作用。压缩生热,DMA和滞后损耗结果表明随着SiO2的加入复合材料的生热较炭黑复合材料的滞后损耗和生热降低,磷酸改性AF使复合材料的滞后损耗和生热进一步降低。
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