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高结构炭黑由于其结构的复杂性与表面的活性位点,使其在补强性能上比普通炭黑有更优异的性能。本论文对高结构炭黑表面结构及活性位点开展研究工作,以达到深入认识炭黑补强机理及提高和改善炭黑的补强性能的目的,促进炭黑在“绿色轮胎”上的开发与应用。(1)本文采用原子力显微镜DFM模式对高结构炭黑和普通炭黑进行了形貌结构表征和相图分析。结果表明:高结构炭黑结构更为复杂,呈交联网状结构及葡萄串状结构,尤其是CRX2125、CRX1380及DZ13具有孔洞结构,CRX1380还具有片层状结构,这些独特的形貌结构是首次被扫描出来;而普通炭黑N660呈球形和椭球形状。DFM相图反映了炭黑聚集体边缘处的结构,是形貌图的一个重要补充。结果表明:炭黑聚集体边缘处的颜色较聚集体中间部分更为明亮,显示出各类炭黑聚集体边缘处呈一定的粘弹性,偏软。(2)采用原子力显微镜DFM模式对经不同温度和氧气处理的炭黑聚集体表面做力曲线,做大量统计并分析。结果表明:在常温常压下,高结构炭黑CRX1380、CRX2125、N234表现出了很小的活性,而炭黑DZ13、N115和普通炭黑没有表现出活性;经过高温有氧处理后,炭黑表现出活性,且活性点的几率大幅度提高;在超高温真空下处理后的炭黑,只有高结构炭黑CRX1380、CRX2125、DZ13表现出活性。(3)元素分析表明炭黑经高温有氧处理后,炭黑聚集体表面百分含氧量显著增加,由DFM力曲线统计结果可知,炭黑聚集体含氧量增加,其表面活性点出现的几率也增加。经1350℃处理后的炭黑聚集体表面含氧量急剧下降,高结构炭黑N234、N115和普通炭黑N660的力曲线没有发生变化,即探针针尖没有探测到活性点,而在高结构炭黑CRX2125、CRX1380、DZ13表面上探测到了活性点。高结构炭黑表面活性点主要由炭黑表面含氧官能团和自身结构决定,普通炭黑表面活性点主要由表面含氧官能团决定;炭黑表面活性点主要分布于炭黑聚集体边缘处,即活性点区域主要集中于炭黑聚集体的边缘处,与炭黑边缘呈粘弹性有关。