本文采用白炭黑取代炭黑来补强天然橡胶(NR),用偶联剂来改性白炭黑以提高橡胶的性能。选用天然纤维来替代合成纤维,并对纤维表面进行处理以改善其与橡胶界面相容性,同时添加相容剂来增强纤维与橡胶的界面粘附性。通过对复合材料的物理性能和胶料的流变性能的研究,考察不同改性剂和相容剂对橡胶材料性能的影响。具体内容如下:(1)本论文选用湿法改性的方法,采用适当偶联剂(Si69、KH560、NXT)对白炭黑表面进行改性,研究改性白炭黑对橡胶复合材料性能的影响。发现白炭黑改性处理后,复合材料的力学性能明显改善,其中偶联剂NXT改性的效果最为明显。红外光谱和断面形貌表明白炭黑经过处理以后,表面的羟基数减少,在橡胶基体中分散较均匀,团聚现象减弱,明显改善白炭黑与橡胶的相容性。流变分析可知,加入偶联剂后填料网络化程度降低,阻碍了填料网络的形成,混炼胶的payne效应减弱,因此胶料的G’、G’’减小。同时发现白炭黑填充NR与炭黑填充NR相比,tanδ明显降低,说明白炭黑填充橡胶复合材料的滚动阻力降低。毛细管流变测试中,混炼胶剪切黏度随剪切速率的增大表现出明显的剪切变稀现象,反应了橡胶是非牛顿流体,偶联剂的加入使拉伸黏度会相应有所变小。综合考虑不同偶联剂的效果为KH560<Si69<NXT,偶联剂NXT的效果最好。(2)选取效果最佳的偶联剂NXT来处理白炭黑,研究不同白炭黑含量对天然橡胶复合材料性能的影响。研究表明,随改性白炭黑含量的增加,强度和断裂伸长率呈现先上升后下降趋势,定伸应力和结合胶含量不断提高,50phr时综合性能最好。流变性能显示,混炼胶的G’、G’’、η*均随含量增加而增大,Payne效应越来越明显,反映了SiO2粒子的补强效果;硫化胶温度扫描中,随填料含量的增加,因填料网络增加使G’、G’’增大,但随温度的增加,tanδ下降。从断面形貌看出:填料份数的增加,使断裂面的粗糙程度和凹痕加深,白炭黑的分散程度提高,50phr时效果最佳。(3)同样采用湿法改性的方法,选取适当偶联剂(KH550、KH570、NXT)对木质纤维进行表面处理,研究不同改性木质纤维对橡胶复合材料性能的影响。研究表明木质纤维经偶联剂处理后,材料的定伸应力和撕裂强度得到提高,其中偶联剂KH550的效果最好。当纤维用偶联剂KH550处理后,能有效提高材料的抗切割性能,减少纤维表面-OH含量,并在1161cm-1处出现Si-O特征峰。同时,偶联剂的处理,阻碍填料网络的形成,降低混炼胶的粘度。但提高复合材料的模量,提高轮胎在使用过程中抵抗受力变形的能力。纤维经硅烷偶联剂KH550处理后,断面破坏严重,纤维与橡胶的界面粘接得到明显改善,相对界面滑脱能RISE值也对此进行了印证。DMA分析表明,纤维的改性提高了纤维与橡胶的相容性,硅烷偶联剂KH550在改善纤维表面的效果较好,材料在60℃左右时的tanδ值也是相对较小的,因此复合材料具有较低的滚动阻力。(4)选取KH550改性的木质纤维,同时添加不同相容剂来改善纤维与橡胶的结合。研究不同相容剂的加入对纤维增强橡胶材料的力学和增容效果的影响。研究表明相容剂的加入明显提高材料的定伸应力,进口相容剂效果最明显。相容剂的加入降低切割试样的质量损失,加入进口相容剂的材料抗切割性最佳。相容剂作为纤维与橡胶之间的“桥梁”,增强了界面的黏结使网络结构不易被破坏,故提高混炼胶的模量和粘度。同时,进口相容剂的加入使拔出或拔断的纤维表面粗糙且粘附有橡胶,说明进口相容剂能有效提高纤维与橡胶的界面黏结性。相对界面滑脱能RISE值的增加也反映了相容剂的加入使纤维与橡胶的界面粘合水平的提高。DMA研究表明,加入进口相容剂后不仅改善纤维与橡胶的界面黏结性,而且降低了复合材料在使用过程中的滚动阻力,节约了能源的消耗。(5)在前文的基础上,选取进口相容剂,研究改性纤维的含量对复合材料性能的影响。研究表明,纤维的加入明显提高复合材料的定伸应力,当纤维含量在6phr时复合材料的综合性能较好。同时,木质纤维的存在有利于耐切割性能的提高。但纤维含量过高使得复合材料的耐切割性能降低。RPA测试表明纤维含量增加,纤维-橡胶网络结构增多,胶料的模量和粘度提高。随纤维含量的增加,纤维的分散性减弱,团聚现象增加。结合力学性能、流变性能和DMA性能可知,纤维含量在6phr较为合适。