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橡胶增强理论及新型补强填料的研究一直是橡胶科学研究领域的重点和热点。石墨烯是至今为止被人们所知的强度最高的材料,其对制备高性能聚合物基复合材料有巨大的应用价值。本论文从聚合物纳米微球与石墨烯杂化物的制备出发,利用聚合物粒子所具有的可设计、密度低等特点,设计出两种聚合物纳米微球/石墨烯杂化填料,很好地解决石墨烯容易发生二次堆叠的问题,并将之用于补强橡胶,实现了填料网络结构在橡胶集体中均匀有效地分散,制备出了综合性能优异、轻量的橡胶纳米复合材料。通过静电自组装及原位还原反应制备了交联聚苯乙烯纳米微球/石墨烯杂化物(PS@rGO)。采用X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和热重分析(TGA)对PS@rGO的结构进行研究分析。结果显示,杂化材料中rGO有效地得到了还原并与PS存在着很强的π-π相互作用,从而避免了rGO在还原的过程中的重新堆叠;扫描电子显微镜(SEM)分析表明,PS纳米微球吸附于rGO表面起到了阻隔作用,同时rGO片层也抑制了PS进一步的团聚。采用直接共混法制备了SBR/PS@rGO纳米复合材料。通过SEM、加工性能测试(RPA)、以动态机械性能分析(DMA)以及Mooney Rivlin模拟等研究发现,杂化填料在SBR基体中互相促进分散,搭接形成了更完善的填料网络结构,并具有较强的界面相互作用,使得复合材料的机械性能有较大的提高。当加入PS@rGO为30 phr时,SBR/PS@rGO纳米复合材料的综合性能最佳;其中拉伸强度、300%定伸应力以及撕裂强度分别为13.57MPa、4.03MP以及36.80kN/m,与纯SBR相比增加了712.6%、217.3%以及203.4%;同时DIN磨耗从空白样0.82 cm3降低到了0.25cm3,下降了69.5%。通过静电自组装制备了α-甲基苯乙烯-丙烯腈纳米微球/氧化石墨烯杂化物(MStAN@GO),并采用直接共混法制备了XNBR/MStAN@GO纳米复合材料。XRD、FTIR、Raman和TGA分析表明,GO与MStAN之间通过π-π堆叠作用连接,实现了有效的杂化;SEM、RPA、DMA等证明,杂化填料在XNBR基体中构筑的发达的填料网络结构,MStAN@GO中GO和MStAN分别与XNBR基体形成了强的氢键界面作用以及范德华力次价键,从而增强填料-基体界面作用,有利于应力传递,复合材料的力学性能得到较大地提高。当添加份数为30 phr时性能最佳,拉伸强度、撕裂强度、100%定伸应力率分别提高了46.8%、67.2%和37.9%。