可控凝胶结构制备高性能橡胶

本项目通过控制并用橡胶体系中的凝胶结构，突破现有并用橡胶体系中单胶性能平均化的限制，制备高性能橡胶材料。考察各种因素对于凝胶结构的影响，分析凝胶成分和微观结构特点，并将其与材料宏观性能相关联，提出凝胶控制机理，建立控制凝胶结构的橡胶材料的微观结构模型，提出根据材料性能来设计配方和加工工艺的设计思想。本项目涉及高分子化学与物理、材料加工等多个学科，其创新之处在于突破必须采用通过化学或物理方法对材料进行改性来提高材料性能的局限性，仅通过加工工艺的改变来提高材料的综合性能，因而具有广泛的应用性；并用橡胶体系中凝胶结构影响材料宏观性能的机理的研究，对有机/无机杂化材料的研究具有指导意义，也是对橡胶补强理论的重要补充和发展。本研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

采用分步投胶的混炼工艺对炭黑和白炭黑填充的丁苯橡胶(SBR)/顺丁橡胶(BR)的结合胶成分进行控制，通过调整混炼工艺，改变了填料表面通过物理和化学作用吸附的橡胶分子链的成分，克服了填料在SBR/BR共混胶中因选择性分布导致的种种弊端，为传统结合胶补强理论提供新的启示。.采用分步投胶的混炼工艺对结合胶的成分进行控制，利用结合胶在混炼初期形成的特点，通过热机械力及硅烷偶联剂的作用，在Haake转矩流变仪中实现对结合胶成分的控制。对结合胶的红外光谱（FTIR）分析、热裂解-气相色谱质谱联用（Pyrolysis-GC-MS）以及动态热机械分析仪（DMA）分析结果都表明结合胶成分受到第一段混炼过程中投胶种类的控制。.分步投胶的混炼过程中结合胶含量及成分的变化表明：混炼初期和后期结合胶的含量及成分，分别受到橡胶对白炭黑的润湿速率及橡胶与白炭黑的亲和性的影响。BR显示出对白炭黑更高的润湿速率；SBR显示出与白炭黑更高的亲和性，这导致两段混炼过程中，结合胶中BR成分被SBR部分替代。.，分步投胶的混炼工艺制备的硫化胶中填料粒子、附聚体及聚集体的尺寸及分散情况与传统一步投胶的混炼工艺制备的样品一致。结合胶的形成降低了填料的网络化程度，随着结合胶厚度的增加，共混硫化胶的初始储能模量降低。分步投胶工艺制备的共混胶的结合胶具有更高的紧密度，更强烈的填料-聚合物相互作用。. 采用分步投胶混炼工艺制备的硫化胶的拉伸强度可提高12.9%，撕裂强度可提高33.0%；随着结合胶成分中BR含量的增加，耐磨性显著提高，最高可达29.9%；硫化胶的抗湿滑性能随着结合胶中SBR含量的增加而提高；滚动阻力随着结合胶中BR含量的增加而降低。. 对未硫化共混胶进行热处理来研究结合胶含量和成分对其硫化胶性能的影响。结果表明，分步投胶的混炼工艺通过改变白炭黑表层包覆的橡胶层的种类，从而改变结合胶成分，并且这种结合胶的形成过程一直延续到混炼结束后的停放过程。结合胶的含量及成分随热处理时间的延长发生改变。白炭黑的填料网络化程度随着热处理时间的延长而降低。DMA分析和溶胀试验结果表明，热处理后期，机械力作用形成的结合胶从白炭黑表面部分脱附，导致了硫化胶整体交联度的降低，损耗峰宽度增加，同时使橡胶态下共混胶的损耗因子值增大。