天然橡胶(NR)是一种具有独特高弹性的重要战略物资,是由95%的聚异戊二烯橡胶烃和5%左右的非胶物质组成。通常天然橡胶及其复合材料的改性研究多关注于橡胶烃分子链的改性或无机填料的界面改性,涉及天然橡胶中非胶组分对其复合材料性能影响的研究则未见报道。近二十多年来国内外兴起高性能轮胎研究开发的热潮,推动了天然橡胶研究的新进展。本论文根据当前高性能轮胎发展的需要,以天然橡胶中丙酮可溶物(AS)为主要研究对象,分析了AS的结构及组成,研究了AS对天然橡胶及其复合材料界面结构及性能的影响。主要内容如下:(1)通过高分辨裂解气相色谱-质谱(HRPyGC-MS)、热重分析(TGA)及红外光谱(FTIR)分别对四种不同产地(中国、泰国、马来西亚、缅甸)的NR中AS的组成、结构及热分解行为进行了系统研究。发现不同的AS均有两个失重台阶,表明AS在不同温度区域存在两种分解过程。进一步研究得出AS热重曲线第一台阶的物质主要为高级脂肪酸及其酯类;第二台阶的裂解产物反映出低分子量的聚异戊二烯的存在。另外,不同产地AS的组成大致相同,但具体成份的相对含量存在明显差异。通过建立内标工作曲线的方法确定了四种天然胶中AS的亚油酸、硬脂酸的相对含量依次为AS-STR>AS-WF>AS-SMR>AS-MRSS。由此建立了一种对天然橡胶中丙酮可溶物组成及热分解行为表征的有效新方法。(2)采用定量回加的方法研究了不同含量的AS对未填充的NR硫化性能、物理机械性能及动态性能的影响。结果表明,随着AS含量的增加,混炼胶的硫化时间先减小后增大,材料的整体力学性能下降,且滞后损耗及滚动阻力增加。结合裂解色谱质谱分析结果,可以判断这与AS中含有的高级脂肪酸及低分子量聚异戊二烯有关。同时,适量的AS有利于橡胶分子链的取向、结晶,提高拉伸过程中橡胶的结晶指数和轴向晶粒尺寸。(3)研究了定量回加的AS对NR/CB复合材料结构及性能的影响。结果表明,与未添加AS的材料相比,AS 2 phr时复合材料的滚动阻力最低,且压缩生热及耐磨性能得到明显改善,综合力学性能最优。AS越多,复合材料硫化胶60℃时的tan?值越大。界面表征发现,AS的添加可以促进CB在NR基体中的分散,使橡胶与填料的接触面积增大,有利于橡胶-填料界面作用的提升;但同时AS也造成炭黑表面微晶尺寸的增大,使其高能活性点数量减少,最终弱化了CB吸附天然橡胶分子链的能力。当AS添加量不超过2 phr时,前者分散对橡胶复合材料性能的改善起主导作用,而当AS超过2 phr则弱化的CB吸附能力对复合材料性能的影响更为关键。此外,AS对NR/CB硫化胶的拉伸应变结晶行为也产生显著影响。(4)研究了定量回加的AS对NR/silica复合材料结构及性能的影响,发现AS添加量为4 phr时,复合材料的综合性能最优,较之未改性的体系,材料的拉伸强度提高了75%,滚动阻力下降了38.1%,滞后损耗最低,磨损体积减小,但硫化时间延长。界面表征发现,AS中的高级脂肪酸、脂肪酸酯等可与silica表面的硅羟基形成氢键和共价键作用,与低分子量聚异戊二烯共同促进了白炭黑在NR基体中的分散,使材料的受限橡胶分子层数增加,强化了天然橡胶-白炭黑的界面作用。另外,高拉伸比下,AS对NR/silica复合材料拉伸应变结晶行为的改善也有利于材料物理机械性能的提高。(5)通过模拟研究了AS中低分子量的聚异戊二烯及高级脂肪酸(亚油酸LA、硬脂酸SA)对NR/silica复合材料结构及性能的影响,发现高级脂肪酸是改善NR/silica复合材料界面作用及动态性能的关键因素。高级脂肪酸含量越高,硫化胶的滚动阻力越低,滞后损耗越小,综合力学性能越优。同等条件下,LA对材料滚动阻力、滞后损耗的改善作用优于SA。界面表征发现,高级脂肪酸的羧基可与silica表面的硅羟基形成氢键及共价键作用,促进填料的分散,改善天然橡胶-白炭黑的界面结合。与SA不同,LA的烯烃?-H也能参与硫黄交联反应,强化橡胶与silica的界面结合。(6)采用环氧化天然橡胶(ENR)和高级脂肪酸并用改性NR/silica复合材料。结果表明,与未改性的NR/silica复合材料相比,改性后的复合材料的定伸应力、拉伸强度、硬度等均得到显著提高。ENR、ENR/silica杂化材料(ESH)与SA或LA并用可以显著降低复合材料60℃时的滞后损耗,并提高0℃时材料的tan?值,此结果对高抗湿滑、低滚动阻力要求的高性能轮胎具有重要意义。同时,ENR+SA更利于复合材料60℃时tan?值的减小,以获得更低的滚动阻力,而将杂化材料ESH与LA并用更利于复合材料0℃时tan?值的增大,且ESH体系更有促硫化的效果。