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本文利用绿色环保的天然纳米纤维矿物凹凸棒石(AT)为原料,通过偶联剂的表面改性制成橡胶的补强填料,并以顺丁橡胶(BR)为基体,制备了改性凹凸棒石/顺丁橡胶复合材料。重点以硅烷偶联剂Si-998为例对凹凸棒石的改性机理及对复合橡胶的补强机理进行了系统地研究。通过正交实验对复合橡胶的加工配方加以优化,结合最优配方,研究了凹凸棒石添加量对复合橡胶力学性能的影响。结果表明:当添加量为60 phr时,拉伸强度达到最大值8.9 MPa,提高了4.84倍。选取了不同偶联剂来改性凹凸棒石并填充顺丁橡胶,通过对复合橡胶的力学性能进行对比得出,硅烷偶联剂Si-998效果最好,当用量为3%时,拉伸强度达到最大值11.37 MPa,比未改性的凹凸棒石提高了27.8%。探究硅烷偶联剂Si-998改性凹凸棒石的改性效果及机理。SEM测试表明,改性后凹凸棒石的分散性得到明显的改善,形成纳米级材料。FTIR测试表明,改性后的凹凸棒石表面的羟基与硅烷偶联剂缩合生成新的Si-O键,二者发生了化学链接。XRD测试表明,包覆在凹凸棒石纤维表面的偶联剂以及反应形成的有机官能团对凹凸棒石的晶体结构没有产生明显的影响。表面能的测试可以得出:当偶联剂用量为3%时,凹凸棒石达到饱和改性。通过热重分析,精确计算出饱和改性时参与化学反应的硅烷偶联剂的质量分数为3.12%。建立偶联剂物理包覆凹凸棒石的数学模型,给出了数学推导公式。系统研究了硅烷偶联剂Si-998改性凹凸棒石填充橡胶的补强机理。通过XRD测试推测出在凹凸棒石的表面包覆一层结合胶,从TEM测试照片中找到了结合胶的存在。建立了凹凸棒石纳米短纤维补强橡胶的模型,并结合在拉伸过程中的应力应变曲线及其一阶微分曲线,说明了拉伸过程中的三种状态。通过对复合橡胶拉断面的SEM分析和EDS分析,验证了所建模型的合理性。发现了复合橡胶在纳米增强过程中的逾渗现象并解释原因。建立数学模型,给出了增强剂粒子间平均距离和粒径分布的数学推导公式,可以从理论上计算出出现逾渗现象时增强剂的临界体积分数。