黏土/白炭黑纳米复合填料的制备及其在胎面胶中的应用
随着汽车工业向着高速、安全、节能、舒适化方向的发展，对轮胎高性能化的要求也逐年提高，这就要求轮胎胎面具有良好的抗湿滑性能，优异的耐磨性、低的滚动阻力，同时有较好的耐切割和耐疲劳性能。因此对橡胶增强填料的要求也越来越高，白炭黑在抗湿滑性和滚动阻力方面较炭黑有明显优势，但耐磨性能较差，黏土在改善橡胶疲劳性能方面有其优点，也希望加入黏土后能改善胎面胶的耐磨性能。基于此，本文用喷雾干燥工艺制备出一种剥离型的纳米黏土/白炭黑复合填料，并全面系统研究了黏土/白炭黑作为填料体系，共同填充SSBR/BR胶料的结构与性能。以期对绿色轮胎胎面胶料的应用提供指导。具体研究内容如下：
1.首先研究了普通微米黏土和白炭黑用直接共混法填充的SSBR/BR体系的各项静态和动态性能，并和白炭黑胶料做了比较。填料总用量为50phr，用普通黏土2phr，3phr，5phr等量替代白炭黑，结果表明：和白炭黑胶料相比，加入黏土后，硫化时间及复合材料的拉伸强度和撕裂强度变化不大，储能模量降低，压缩生热性能和耐磨性能下降。黏土2-3phr定伸应力相差不大，黏土5phr时定伸应力下降。和白炭黑胶料相比，加入少量黏土后可以提高复合材料的抗湿滑性能，降低了耐切割性能。
2.对喷雾干燥工艺制备的黏土/白炭黑填料进行研究，确定了喷雾的最佳的工艺条件。在喷雾入口温度190℃，进料速度40％，雾化开关50，喷液量400ml/h时，填料的形貌较好，含水率低。用TEM和XRD对黏土/白炭黑复合填料进行表征发现，黏土被剥离成纳米级的片层，白炭黑部分已插入片层。这种填料打破了乳液共混法所受胶种的限制，可用于增强各种橡胶。
3.考察了喷雾干燥工艺制备的纳米黏土/白炭黑复合填料对复合材料性能的影响，并与直接加入普通黏土法和白炭黑胶进行了对比。和白炭黑胶相比，直接加入普通微米黏土法对硫化时间无影响，喷雾工艺则有延缓硫化趋势。少量黏土的加入在不影响力学性能的同时可以提高复合材料的抗湿滑性能(喷雾黏土提高6％，普通黏土提高12％)和疲劳龟裂性能(喷雾黏土提高100％，普通黏土提高30％)，纳米黏土加入还使复合材料的耐切割性能提高36％，普通黏土耐切割性能降低约14％。但复合材料的生热增加(喷雾黏土增加1％，普通微米黏土增加3％)，耐磨性能下降(喷雾纳米黏土下降10％，普通黏土下降30％)。
4.用喷雾干燥工艺制得的黏土/白炭黑复合填料增强SSBR/BR胶料，并和白炭黑胶料的各项性能进行了比较(黏土和白炭黑的并用比为0/50，1/49，2/48，3/47，5/45；总填料用量50phr)。研究了其硫化特性、力学性能、抗湿滑性能和生热。结果表明：和白炭黑胶相比，喷雾干燥工艺得到的黏土/白炭黑复合填料导致硫化时间延长。硫化胶的定伸和拉伸强度随配方中黏土用量的增加先升后降，抗湿滑性，特别是屈挠龟裂性能在黏土加入后得到明显提升，但滚动阻力和生热增大，耐磨性能随黏土用量的增加而逐渐下降。综合比较五组配方，当黏土/白炭黑并用比为2/48时，SSBR/BR硫化胶的力学性能最佳，生热和滚动阻力较低。
5.在喷雾干燥工艺基础上，用KH550对复合填料有机修饰，KH550和白炭黑均可以插入到黏土片层之间。这被XRD和TEM证实。KH550有机修饰的复合填料，和直接喷雾法相比可以改善填料与基体之间的界面强度，也改善了填料的分散性。和白炭黑胶相比，复合材料的拉伸强度和强各种橡胶。
3.考察了喷雾干燥工艺制备的纳米黏土/白炭黑复合填料对复合材料性能的影响，并与直接加入普通黏土法和白炭黑胶进行了对比。和白炭黑胶相比，直接加入普通微米黏土法对硫化时间无影响，喷雾工艺则有延缓硫化趋势。少量黏土的加入在不影响力学性能的同时可以提高复合材料的抗湿滑性能(喷雾黏土提高6％，普通黏土提高12％)和疲劳龟裂性能(喷雾黏土提高100％，普通黏土提高30％)，纳米黏土加入还使复合材料的耐切割性能提高36％，普通黏土耐切割性能降低约14％。但复合材料的生热增加(喷雾黏土增加1％，普通微米黏土增加3％)，耐磨性能下降(喷雾纳米黏土下降10％，普通黏土下降30％)。
4.用喷雾干燥工艺制得的黏土/白炭黑复合填料增强SSBR/BR胶料，并和白炭黑胶料的各项性能进行了比较(黏土和白炭黑的并用比为0/50，1/49，2/48，3/47，5/45；总填料用量50phr)。研究了其硫化特性、力学性能、抗湿滑性能和生热。结果表明：和白炭黑胶相比，喷雾干燥工艺得到的黏土/白炭黑复合填料导致硫化时间延长。硫化胶的定伸和拉伸强度随配方中黏土用量的增加先升后降，抗湿滑性，特别是屈挠龟裂性能在黏土加入后得到明显提升，但滚动阻力和生热增大，耐磨性能随黏土用量的增加而逐渐下降。综合比较五组配方，当黏土/白炭黑并用比为2/48时，SSBR/BR硫化胶的力学性能最佳，生热和滚动阻力较低。
5.在喷雾干燥工艺基础上，用KH550对复合填料有机修饰，KH550和白炭黑均可以插入到黏土片层之间。这被XRD和TEM证实。KH550有机修饰的复合填料，和直接喷雾法相比可以改善填料与基体之间的界面强度，也改善了填料的分散性。和白炭黑胶相比，复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别提高12％和8％，耐切割性能提高80％，抗湿滑性提高8％，疲劳龟裂性能提高约200％，但生热增加10％，耐磨性能下降约6％，定伸应力下降9％。
黏土;白炭黑;纳米复合材料;喷雾干燥;界面改性;胎面胶;抗湿滑性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
吴友平
2010
中文
TB332;TQ330.383
73
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）