丁苯橡胶作为世界上最先实现工业化生产的橡胶,其加工性能优良、制品的使用性能好、运用范围广,在汽车、电器、水利等领域广泛使用。本文通过分子量不同的改性剂对硅粉进行改性处理,对比改性前后硅粉的结构变化和分散稳定性及其对丁苯橡胶松弛行为的影响。1、采用两步加样法,以苯乙烯(St)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)为反应单体,通过自由基共聚合,合成出了大分子改性剂St/MAPTMS。通过FTIR和1H-NMR确定了其分子结构;并通过核磁共振谱图计算得出在80℃下,St与MAPTMS质量比为2:1时,产物的数均分子量在10000左右;DSC分析表明St/MAPTMS的玻璃化转变温度范围在60-70℃,较宽的温度范围表明其在改性粉体上具有较大的应用优势;TG曲线表明St/MAPTMS分解温度范围在325-425℃,随后热失重趋向稳定,说明St/MAPTMS热稳定性较好,且与多数聚合物材料的分解温度范围相一致。2、分别以St/MAPTMS和MAPTMS为改性剂,通过溶剂法对硅粉进行修饰处理,通过FTIR、XPS、XRD、接触角及热分析等手段对硅粉结构的变化和性能进行分析。FTIR结果表明,改性剂的硅氧烷经脱水缩合接枝到硅粉表面上形成活性表面锚固层;从C-1s的XPS谱图分析得知,284.7e V附近是C-C和C-Si的结合能,286.2e V附近是C=C和C-O的电子结合能,C=O位于288.8e V;Si-2s的XPS谱图显示Si的结合能在150.6e V附近,Si-O的结合能在154.4e V附近;Si-2p的XPS谱图显示Si的结合能在99.4e V附近,Si-O的结合能在102.8e V附近;从谱图看出硅粉经10%MAPTMS与10%St/MAPTMS修饰后,C-1s含量分别由原来的8.29%增加到25.38%与27.37%,Si-2s含量分别到由原来的41.28%减少到25.99%与28.99%,Si-2p含量分别到由原来的3.08%增加到24.43%与27.25%,这表明改性剂与硅粉表面发生化学接枝反应;XRD表明改性剂的加入没有改变硅粉的立方晶体结构;沉降结果对比可见,St/MAPTMS的应用降低了粒子团聚,对硅粉的分散稳定性起到进一步的促进作用,其应用效率远高于MAPTMS;接触角分析可见,10%St/MAPTMS和15%MAPTMS修饰硅粉的的接触角分别为109.31°和100.24°,说明改性剂降低了硅粉的表面能,亲水性减弱,进一步表明,用量低于MAPTMS的大分子改性剂也完全能达到优于小分子改性剂的性能;热重分析表明20%的St/MAPTMS和MAPTMS接枝硅粉效率分别达到44.5%和16.5%,说明St/MAPTMS的分子链上的多官能团对硅粉的附着效率高,进一步阻碍粉体粒子的靠近及团聚,对提高粉体的分散稳定性起到了保障。3、采用开炼和模压工艺制备了不同改性剂修饰硅粉填充SBR复合材料,利用橡胶加工分析仪RPA8000、SEM及热分析技术等对硅粉/SBR复合物进行表征。结果表明:改性剂的加入,减少了焦烧时间和正硫化时间;不同改性剂含量复合物的应变测试显示了典型的Payne效应,且15%St/MAPTMS改性硅粉填充橡胶的储能模量达到600k Pa,而15%MAPTMS改性硅粉填充橡胶的储能模量达到550 k Pa,损耗模量显示在低应变区域其较为平缓,随后陡然上升的趋势,这和填料网络打破-重建有关;频率测试表明,随频率增大,储能模量经历了上升-下降过程,这表明填料网络能够很好的抵抗剪切变形,15%St/MAPTMS改性硅粉填充橡胶抵抗变形能力是最好的,损耗模量首先是小幅度的上升,随后陡然上升,这表明频率增大,破坏了填料网络,橡胶基体直接受到剪切作用,在内部摩擦作用下,损耗模量直线上升;变温测试表明,储能模量随温度增加先上升后下降,这可能是橡胶内部的交联网状结构在较低温度下可以很好的抵抗变形,但温度过高,改性剂分子链软化,填料网络遭到破坏,储能模量下降,损耗模量一直减少,这可能是升温状态下,硅粉表面的改性剂发生了变形,硫化胶发生了焦烧,损耗减少,而温度过高,则橡胶软化,分子链分解,材料最终被破坏;丁苯橡胶经St/MAPTMS、MAPTMS修饰硅粉填充后,拉伸强度,撕裂强度、硬度分别提高63.6%、52.6%,74.1%、13.1%,38.1%、11.8%,磨耗分别降低53.2%、23.3%;热重分析表明,丁苯橡胶经St/MAPTMS、MAPTMS修饰硅粉填充后,Tg由原来的-44.3℃、分别升高到-40.5℃和-41.5℃,说明了改性后的橡胶内部交联程度高,提高了丁苯橡胶复合物的交联密度,改善了丁苯橡胶和硅粉的界面相容性;SEM分析表明,改性剂的添加使得硅粉在丁苯橡胶内的分布更加均匀,而且大分子改性剂St/MAPTMS修饰硅粉填充橡胶的效果要优于MAPTMS修饰硅粉填充橡胶。