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在橡胶工业中,炭黑(Carbon black,CB)是一种重要的补强填料,但其为不可再生资源,且加工过程粉尘污染严重、耗能大,因而急需寻求新的填料替代CB。纳米纤维素具有尺寸稳定性、良好的流变性能和加工性能,既保持了纤维素的特点,亦具备纳米材料尺度效应的独特性能,与传统的橡胶补强填料相比,具有低密度、高比强模量和高比强度等优点,是一种较为理想的补强填料。蔗渣中含有大量的纤维素,将其作为原料制备纳米纤维素替代CB补强橡胶,不仅可以缓解传统填料造成的环境压力,还可改善橡胶制品的降解性能,同时增加了蔗渣回收利用的途径。本论文以蔗渣为原料,通过碱解、氧化等步骤制得纳米级的蔗渣纤维素(Bagasse nanocellulose,BNC),同时制备了SBR/CB/BNC复合材料。固定填料总份数为45 phr,研究BNC替代CB量分别为5、10、15、20 phr时对丁苯橡胶(Butadiene Styrene Rubber,SBR)性能的影响,并与45 phr CB补强SBR的性能进行对比。结果表明:BNC的加入使得体系的Payne效应减弱,填料在基体中得到较好的分散,并改善了胶料的加工性能,同时BNC对体系的硫化具有一定的促进作用,复合材料的抗湿滑性和生物降解性均得到改善。其中含10 phr BNC的SBR/CB/BNC复合材料性能最佳,可保持SBR/CB体系的性能。利用马来酸酐和苯乙烯对BNC进行接枝制得改性蔗渣纳米纤维素(BMS),并用其部分替代CB制备SBR/CB/BMS复合材料。研究表明,BMS的加入,使CB补强的SBR相比SBR/CB/BNC体系的Payne效应进一步降低。随着BMS的增加,SBR/CB/BMS复合材料的力学性能和耐磨耗性能呈先升后降的趋势,相比SBR/CB/BNC体系性能明显提高,其中BMS为10 phr时,SBR/CB/BMS复合材料的力学性能最佳且明显优于SBR/CB体系。SBR/CB/BMS复合材料的热稳定性和老化性能优于SBR/CB/BNC复合材料。通过研究BNC和BMS对填料与橡胶间的界面相互作用的影响,并与SBR/CB复合材料的界面作用进行对比,研究BNC和BMS对SBR的补强机理,SBR/CB/BMS复合材料比SBR/CB体系和SBR/CB/BNC体系具有更厚的受限橡胶分子层,同时拥有更低的滚动阻力。SBR/CB/BMS复合材料中填料(CB/BMS)与橡胶之间具有强相互作用。针对BMS填充橡胶复合材料性能的明显提高,研究了SBR与BMS之间的界面相互作用,通过微观测试和宏观表征,发现BMS在橡胶基体中分散较好,与SBR基体具有很好的相容性和较强的物理界面相互作用。