大分子改性劑對硅粉SBR復合材料松弛行為影響

1、大分子改性劑對硅粉/SBR 復合材料松弛行為影響丁苯橡膠作為世界上最先實現(xiàn)工業(yè)化生產的橡膠, 其加工性能優(yōu)良、制品的使用性能好、運用范圍廣, 在汽車、電器、水利等領域廣泛使用。本文通過分子量不同的改性劑對硅粉進行改性處理, 對比改性前后硅粉的結構變化和分散穩(wěn)定性及其對丁苯橡膠松弛行為的影響。1、采用兩步加樣法 , 以苯乙烯 (St) 和- 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)為反應單體 , 通過自由基共聚合 , 合成出了大分子改性劑St/MAPTMS。通過 FTIR 和 1H-NMR確定了其分子結構 ; 并通過核磁共振譜圖計算得出在80下 ,St 與 MAPTMS質量比為 2:1 時

2、 , 產物的數(shù)均分子量在 10000 左右 ;DSC分析表明St/MAPTMS的玻璃化轉變溫度范圍在60-70 , 較寬的溫度范圍表明其在改性粉體上具有較大的應用優(yōu)勢;TG 曲線表明 St/MAPTMS分解溫度范圍在325-425 ,隨后熱失重趨向穩(wěn)定 , 說明 St/MAPTMS熱穩(wěn)定性較好 , 且與多數(shù)聚合物材料的分解溫度范圍相一致。2、分別以 St/MAPTMS和 MAPTMS為改性劑 , 通過溶劑法對硅粉進行修飾處理,通過 FTIR、XPS、XRD、接觸角及熱分析等手段對硅粉結構的變化和性能進行分析。FTIR 結果表明 , 改性劑的硅氧烷經脫水縮合接枝到硅粉表面上形成活性表面錨固層 ;

3、 從 C-1s 的 XPS譜圖分析得知 ,284.7e V附近是 C-C和 C-Si 的結合能 ,286.2e V附近是 C=C和 C-O的電子結合能 ,C=O位于 288.8e V;Si-2s的 XPS譜圖顯示 Si 的結合能在 150.6e V 附近 ,Si-O 的結合能在 154.4e V 附近 ;Si-2p的 XPS譜圖顯示 Si 的結合能在 99.4e V 附近 ,Si-O 的結合能在 102.8e V 附近 ;從譜圖看出硅粉經10%MAPTMS與 10%St/MAPTMS修飾后 ,C-1s 含量分別由原來的8.29%增加到 25.38%與 27.37%,Si-2s 含量分別到由原來

4、的41.28%減少到 25.99%與 28.99%,Si-2p 含量分別到由原來的 3.08%增加到 24.43%與 27.25%, 這表明改性劑與硅粉表面發(fā)生化學接枝反應 ;XRD表明改性劑的加入沒有改變硅粉的立方晶體結構 ; 沉降結果對比可見 ,St/MAPTMS的應用降低了粒子團聚 , 對硅粉的分散穩(wěn)定性起到進一步的促進作用 , 其應用效率遠高于 MAPTMS;接觸角分析可見 ,10%St/MAPTMS和 15%MAPTMS修飾硅粉的的接觸角分別為 109.31 °和100.24 ° , 說明改性劑降低了硅粉的表面能, 親水性減弱 , 進一步表明 , 用量低于MAPT

5、MS的大分子改性劑也完全能達到優(yōu)于小分子改性劑的性能; 熱重分析表明20%的 St/MAPTMS和 MAPTMS接枝硅粉效率分別達到44.5%和 16.5%, 說明St/MAPTMS的分子鏈上的多官能團對硅粉的附著效率高, 進一步阻礙粉體粒子的靠近及團聚 , 對提高粉體的分散穩(wěn)定性起到了保障。3、采用開煉和模壓工藝制備了不同改性劑修飾硅粉填充SBR復合材料 , 利用橡膠加工分析儀RPA8000、SEM及熱分析技術等對硅粉 /SBR 復合物進行表征。結果表明 : 改性劑的加入 , 減少了焦燒時間和正硫化時間; 不同改性劑含量復合物的應變測試顯示了典型的Payne效應 , 且 15%St/MAPT

6、MS改性硅粉填充橡膠的儲能模量達到 600k Pa, 而 15%MAPTMS改性硅粉填充橡膠的儲能模量達到550 k Pa, 損耗模量顯示在低應變區(qū)域其較為平緩, 隨后陡然上升的趨勢 , 這和填料網絡打破 - 重建有關 ; 頻率測試表明 , 隨頻率增大 , 儲能模量經歷了上升 - 下降過程 , 這表明填料網絡能夠很好的抵抗剪切變形,15%St/MAPTMS改性硅粉填充橡膠抵抗變形能力是最好的 , 損耗模量首先是小幅度的上升, 隨后陡然上升 , 這表明頻率增大 , 破壞了填料網絡 , 橡膠基體直接受到剪切作用, 在內部摩擦作用下 , 損耗模量直線上升 ;變溫測試表明 , 儲能模量隨溫度增加先上升

7、后下降, 這可能是橡膠內部的交聯(lián)網狀結構在較低溫度下可以很好的抵抗變形, 但溫度過高 , 改性劑分子鏈軟化 , 填料網絡遭到破壞 , 儲能模量下降 , 損耗模量一直減少 , 這可能是升溫狀態(tài)下 , 硅粉表面的改性劑發(fā)生了變形 , 硫化膠發(fā)生了焦燒 , 損耗減少 , 而溫度過高 , 則橡膠軟化 ,分子鏈分解 , 材料最終被破壞 ; 丁苯橡膠經 St/MAPTMS、MAPTMS修飾硅粉填充后 ,拉伸強度 , 撕裂強度、硬度分別提高 63.6%、52.6%,74.1%、13.1%,38.1%、11.8%,磨耗分別降低 53.2%、23.3%; 熱重分析表明 , 丁苯橡膠經 St/MAPTMS、 MAPTMS修飾硅粉填充后 ,Tg 由原來的 -44.3 、分別升高到 -40.5 和 -41.5 , 說明了改性后的橡膠內部交聯(lián)程度高, 提高了