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近些年,材料界的宠儿石墨烯以填料的身份慢慢进入人们的视线,其独特的结构赋予自身的优异力学性能、导电性和导热性等性能完全满足某些填料的要求,目前关于石墨烯/橡胶复合材料的研究在国内外已经成为体系。石墨烯用于填料补强橡胶的两个关键问题是:如何提高石墨烯在橡胶基体中的分散性以及如何增强石墨烯-橡胶界面作用。本文从石墨烯/橡胶复合材料的加工方法和对石墨烯进行改性两个方向来开展工作,意在充分发挥石墨烯的优势,提高胎面胶的使用性能。本文首先使用SBR作为载体的预分散石墨烯用机械共混的方法填充SBR,并与石墨烯原粉做了对比。结果表明:石墨烯的加入起到促进硫化的作用,缩短了tc10和tc90,同时有利于硫化早期交联网络的形成,提高了交联密度;石墨烯的片层结构降低了SBR的门尼粘度,改善了胶料的加工性能;石墨烯原粉在用量较少时,在基体中未形成明显的交联网络,当用量达到3phr时,交联网络形成,Payne效应较显著;石墨烯的加入大幅提高了SBR的物理机械性能和DIN磨耗性能。同时发现,预分散这一加工方法有效提高了石墨烯在SBR基体中的分散性,对于复合材料性能的提升,预分散石墨烯相对石墨烯原粉均优势明显。本文还对比了石墨烯和炭黑N330对SBR性能的增强效果。通过保持预分散石墨烯和N330总量不变,改变两者比例来观察SBR性能的变化。结果表明,随着预分散石墨烯/N330比例的增加,混炼胶的硫化速度增加,硫化效率得到提升,同时（MH-ML）和交联密度会轻微下降;纳米复合材料的拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率有所下降,但100%定伸应力和300%定伸应力有较大幅度提升,DIN磨耗性能有一定程度的下降。为了进一步提高石墨烯在胎面胶中的分散性和石墨烯-橡胶界面作用,本文将石墨烯原粉进行了表面改性。首先使用氧化法将石墨烯氧化成氧化石墨烯（GO）,然后使用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMI）对GO进行非共价键改性,成功制备了BMI-GO。使用GO和N330并用补强SBR胎面胶,发现GO对SBR有延迟硫化的作用。使用BMI-GO和N330并用补强NR/SBR胎面胶,制备了BMI-GO/N330/NR/SBR纳米复合材料,研究了BMI-GO对胎面胶性能的影响,同时使用石墨烯原粉作为对照组。结果表明,在石墨烯用量较多时,石墨烯原粉在基体中的分散很差,而BMI的引入极大程度地解决了分散性的问题,BMI也增强了石墨烯与橡胶基体之间的相互作用;BMI的引入在一定程度上抑制了GO的延迟硫化效果,增加了纳米复合材料的（MH-ML）和交联密度;BMI的引入较大程度上增强了纳米复合材料的物理机械性能,尤其在拉伸强度和定伸应力上增强明显。石墨烯的高硬度使胎面胶的伸长率有所下降,GE和BMI-GO对胎面胶磨耗性能的影响不明显。