天然橡胶(Natural Rubber,NR)在工业领域具有广泛用途。但由于其分子结构中含有的孤立双键易受攻击,所以在实际应用中橡胶材料在高温环境及氧气存在条件下常发生热氧老化作用,从而导致制品使用性能下降。为防止天然橡胶的热氧老化,在制备橡胶制品时常在胶料中添加多种防老剂,加入的防老剂可以捕获活性自由基从而有效地抑制或延缓橡胶的热氧老化反应。工业领域常使用的防老剂有对苯二胺类和二芳基代仲胺类等,但如何选择橡胶复合材料的防老剂目前来说仍偏重于实验的试错法,即多次重复实验从而筛选出不同体系的防老剂,加之老化测试时间较长、误差波动大,因而对老化机理、防护机理的分析仍然存在较大不足。本研究主要针对NR的防老剂进行研究,所添加的防老剂分别选择了对苯二胺类的N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺(防老剂4020)和二芳基代仲胺类的N-苯基-2-萘胺(防老剂D),在借鉴前人实验方法的基础上,引入全原子分子模拟法深入、细致地揭示防老化机理,从物理过程和化学反应的多种角度来研究防老剂与天然橡胶NR的热氧老化机理,以期为防老剂的选择提供一种新的理论方法。在实验方面,首先制备了防老剂4020/NR、防老剂D/NR等复合材料以及未添加防老剂的纯NR硫化胶,于热氧老化箱进行加速老化。采用ATR-FTIR分别对纯NR、防老剂4020/NR、防老剂D/NR在热氧老化箱内高温80℃条件下氧化不同天数(分别为0、1、2、4、7天)后的样品进行结构剖析,结果表明在热氧反应前期主要是防老剂参与反应,延缓和抑制了 NR分子主链孤立双键的氧化过程,说明了防老剂对NR橡胶热氧老化具有防护作用。采用电子拉力机测定了力学性能如拉伸强度、断裂伸长率等变化;使用硬度计测试不同氧化时间试样的表面硬度变化趋势;以核磁交联密度仪研究了样品的交联密度随热氧老化时间变化的趋势,测试结果表明添加防老剂的NR复合材料氧化后的性能要优于未添加防老化的纯NR,同时防老剂4020对NR硫化胶的防护效果优于防老剂D。在计算研究方面,采用全原子分子模拟法分别计算了防老剂4020、防老剂D以及NR高分子链的溶解度参数(CED),得到防老剂4020、防老剂D在NR高分子链基体中的均方位移(MSD)及防老剂4020、防老剂D与NR高分子链的结合能。理论计算表明,相比于防老剂D,防老剂4020与NR高分子链相容性好、结合能大、防老剂4020在橡胶基体中的运动迁移能力弱,说明防老剂4020可以有效地分散于NR基体中并且不发生大的迁移从而喷霜小,可以起到较好的热氧防护作用。模拟结论与实验测试结果一致,从微观结构角度解释了防老剂4020优于防老剂D的机理,表明全原子分子模拟法对橡胶复合材料防老剂的选择具有一定的指导辅助作用。在以上研究的基础上,使用分子模拟方法探索研究了外界条件对防老剂在橡胶基体中运动迁移性的影响,即通过全原子分子模拟方法计算防老剂在不同因素影响条件下的均方位移,进一步判断不同因素对防老剂在橡胶基体中的扩散系数的影响。本研究中,分别计算了不同温度条件下防老剂在橡胶基体中的均方位移;防老剂不同初始浓度条件下在橡胶基体中的均方位移;相同防老剂在不同橡胶基体中的均方位移以及不同种类防老剂在其他条件相同情况下在橡胶基体中的均方位移。得出:防老剂在橡胶基体中的扩散系数随着温度的升高逐渐增大、随着防老剂的初始浓度增大逐渐增大、随着防老剂分子量的增大而减小。此外,橡胶基体不同时,基体与防老剂之间的相互作用不同,防老剂在橡胶中的扩散系数也会有所变化。