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白炭黑补强轮胎橡胶,不仅能提高橡胶的抗湿滑性能(提高安全性),而且能够显著降低轮胎的滚动阻力,减少油耗和二氧化碳的排放,在绿色轮胎高速发展的今天,白炭黑已经成为绿色轮胎重要的补强填料,具有着广阔的应用前景。然而由于白炭黑表面羟基的存在,白炭黑呈现出极强的亲水性,导致白炭黑颗粒团聚严重,在橡胶基体中难以良好分散开来,影响了白炭黑的补强效果。因此,降低白炭黑的亲水性,提高其分散性,对白炭黑的应用具有重要意义。 本文的研究工作主要包括以下三方面内容。首先通过机械研磨对白炭黑进行分散,通过正交实验比较了研磨速度、研磨时间、锆球粒径、白炭黑含量以及六偏磷酸钠(SHMP)含量等五个因素对白炭黑分散效果的影响。其次考察了干燥方式包括冷冻、喷雾、烘箱以及真空干燥对白炭黑理化性能的影响;最后选用了不同粒径分布的白炭黑,研究其对丁苯橡胶(SBR)机械力学性能的影响以及其在橡胶基体中的分散情况。结果表明,研磨速度对白炭黑分散影响最大,最佳工艺分散后的白炭黑分散性得到明显改善。同时,白炭黑分散性提高后,其补强的橡胶力学性能提升,在橡胶基体中的分散情况也得到改善。 通过湿法球磨,实现了硅烷偶联剂Si69同白炭黑表面羟基反应,制备了Si69表面改性的白炭黑。通过红外、X射线光电子能谱、热重等表征手段发现偶联剂成功接枝到白炭黑表面,并且白炭黑的活化指数从0提高至96%,表面羟基数由2.55个/nm2降至1.31个/nm2,表面能从87 mJ/m2降低至13 mJ/m2,白炭黑由亲水性粉体转为疏水性粉体,并且球磨改性法效果优于传统改性。 将改性后的白炭黑填充至丁苯橡胶中,结果表明:相比未改性丁苯橡胶试样,改性后的试样焦烧时间与正硫化时间减小,拉伸强度与定伸应力提高。通过对比动态热机械性能分析结果发现,球磨改性硫化胶有着最小的滚动阻力与最佳的抗湿滑性能,而且其结合胶含量与溶胀指数最大,说明橡胶内部的交联密度最大;同时球磨改性硫化胶玻璃化转变温度有所提高。随着白炭黑用量的增加,橡胶的机械力学性能明显增加,溶胀指数以及结合胶含量也明显提升。