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白炭黑填充轮胎胎面胶,可提高橡胶复合材料的力学性能、抗湿滑性能和降低滚动阻力。然而粒径大、比表面积小的白炭黑与橡胶的作用力较弱,不利于橡胶的补强;同时白炭黑表面有较多的硅羟基,使其与非极性橡胶基体相容性差,白炭黑填料网络结构强,会影响橡胶复合材料的使用。因此要优化白炭黑的制备工艺,制备粒径小,比表面积大的白炭黑;进一步对白炭黑改性,减少表面羟基数,提高白炭黑在橡胶中的分散性。本文改进白炭黑的制备方法,在白炭黑沉淀反应阶段和陈化阶段前引入乙醇,制备了比表面积大粒径小的白炭黑(silica);随后在制备白炭黑工艺的基础上,分别添加改性剂乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)和γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES),得到VTES改性的白炭黑(VTES-silica)和MPTES改性的白炭黑(MPTES-silica)。运用 TEM、BET、DLS、FT-IR、TGA 等方式对不同白炭黑样品形貌结构进行表征。分别研究不同份数的silica、VTES-silica 和 MPTES-silica 填充 SSBR/BR 复合材料(silica-SSBR/BR、VTES-silica-SSBR/BR 和 MPTES-silica-SSBR/BR)的性能,并与商业化白炭黑Zeosil(?)1165MP对比。工作内容如下:(1)以水玻璃为原料,采用柠檬酸和硫酸,制备白炭黑应用于绿色轮胎橡胶中。研究添加剂乙醇,聚乙二醇6000(PEG-6000)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对白炭黑的影响;在沉淀反应结束后的白炭黑浆液中加入适量的乙醇,考察陈化时间长短对白炭黑产品的影响。结果显示,乙醇作为添加剂,陈化2 h为最佳条件,制备的白炭黑产品初始颗粒直径呈正态分布,分布范围窄,平均颗粒直径小至15 nm,DBP吸油值为2.1 ml/g,BET比表面积达到239 m2/g,孔径为34.7nm,初级聚集体峰值为150nm。与商业化白炭黑Zeosil(?)1 165MP对比,填充70份的silica-SSBR/BR复合材料的正硫化时间t90明显缩短,硫化速率变快;silica-SSBR/BR的拉伸强度和增强比均高于Zeosil(?)1165MP-SSBR/BR;制备的白炭黑混炼胶的填料网络结构较弱;silica-SSBR/BR的抗湿滑性能更优异,滚动阻力更低;silica-SSBR/BR 和 Zeosil(?)1165MP-SSBR/BR 的压缩生热近乎相等。(2)在制备白炭黑工艺的基础上,添加偶联剂VTES改性白炭黑,VTES-silica的疏水程度的得到提高。对VTES-silica填充份数与SSBR/BR复合材料性能的关系进行研究,结果显示当填充80份VTES-silica时,VTES-silica-SSBR/BR复合材料的交联密度大,拉伸强度强,抗湿滑性能最好,滚动阻力较低。与Zeosil(?)1165MP-SSBR/BR对比,VTES-silica-SSBR/BR复合材料的压缩生热略高,拉伸强度相差不大,扯断伸长率更高,填料分散性好,拥有更优异的抗湿滑性能和更低的滚动阻力。(3)通过研究 MPTES-silica 含量对 MPTES-silica-SSBR/BR 复合材料的影响,结果表明:填充70份 MPTES-silica的MPTES-silica-SSBR/BR复合材料的拉伸强度最强,抗湿滑性能最佳,滚动阻力较低。与 Zeosil(?)1165MP-SSBR/BR对比,MPTES-silica-SSBR/BR复合材料的压缩生热值偏高,拉伸强度更强,扯断伸长率更高,滚动阻力更低,抗湿滑性能更佳。