UFPR粒子改性胎面胶复合材料的研究

论文摘要

近年来,我国的汽车行业发展迅猛,特别是小型轿车的数量急剧增加,由此带来的环境污染和能源消耗以及安全隐患引起了人们的高度关注。因此提高轮胎的抗湿滑性、耐磨性和降低滚动阻力成为新时期轮胎胎面胶研究的热点。超细全硫化粉末橡胶(UFPR)是一种应用合成橡胶乳液辐射硫化、喷雾干燥等工业技术制备的可达纳米级的粉末橡胶,具有特殊的梯度交联结构。本论文分别研究了超细全硫化粉末羧基丁苯橡胶(UFPCSBR)、超细全硫化粉末丁苯橡胶(UFPSBR)和超细全硫化粉末丁腈橡胶(UFPNBR)对胎面胶复合材料的力学性能、磨耗性能、老化性能、加工性能、动态热力学性能等方面的影响,并优化选择了适合胎面胶改性的UFPR种类、用量、硫化体系和加工工艺,综合平衡优化了胎面胶的性能。主要工作包括:(1)研究了三种UFPR粒子对胎面胶复合材料的拉伸强度、撕裂强度、回弹性、室温磨耗、抗湿滑性、滚动阻力、加工性能、动态热力学性能等各项性能的影响,并优化选择了适合改性胎面胶的UFPSBR和UFPNBR两种UFPR粒子。(2)UFPNBR/NR/SBR复合材料的研究。动态热力学性能研究表明,UFPNBR能够提高UFPNBR/NR/SBR复合材料的抗湿滑性,同时降低滚动阻力;胎面胶复合材料的RPA分析表明,UFPNBR能够降低UFPNBR/NR/SBR复合材料的内耗;另外,UFPNBR还具有提高UFPNBR/NR/SBR复合材料的耐老化性能的作用,且随UFPNBR量的增加,老化后性能保持率逐渐增加,而UFPNBR/NR/SBR复合材料的动态疲劳温升和动态压缩变形基本不变。(3)UFPSBR/NR/SBR复合材料的研究。动态热力学性能研究表明,UFPSBR能提高UFPSBR/NR/SBR复合材料的抗湿滑性能;胎面胶复合材料的RPA分析结果显示,UFPSBR能够降低UFPSBR/NR/SBR复合材料的内耗;UFPSBR还能够提高UFPSBR/NR/SBR复合材料的耐老化性能,且随UFPSBR用量的增加,老化后性能保持率大幅度提高,UFPSBR/NR/SBR复合材料的动态疲劳温升随UFPSBR用量的增加有减小的趋势,但复合材料力学性能略有下降。(4)胎面胶复合材料的硫化体系、UFPR用量和加工工艺及的优化。选用含有1.9 phr硫磺的硫化体系和不同用量的UFPR份数,并应用可控的密炼机制备工艺优化胎面胶复合材料的性能。优化后的胎面胶复合材料在保持滚动阻力和抗湿滑性能的前提下,UFPNBR/NR/SBR复合材料的拉伸强度、撕裂强度有不同程度的提高,拉伸强度提高近4.5MPa,耐磨性能得到很好的改善;UFPSBR/NR/SBR复合材料的拉伸强度提高近5.5MPa,耐磨性能得到大幅度的提高,UFPSBR用量为20 phr时,胶料磨耗体积减小了约2.5倍。综上所述,UFPSBR、UFPNBR具有提高UFPR/NR/SBR复合材料耐老化性能和减小UFPR/NR/SBR复合材料内耗的作用,因此UFPSBR、UFPNBR能够延长胎面胶的使用寿命和降低行驶过程中的生热;UFPSBR能够提高UFPR/NR/SBR复合材料的抗湿滑性,而UFPNBR提高UFPR/NR/SBR复合材料抗湿滑性的同时降低了滚动阻力,很好的平衡优化了抗湿滑性和滚动阻力。UFPR/NR/SBR复合材料的优异性能,表明UFPR在轮胎工业中具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 国内外节能型轮胎的发展
• 1.1.2 节能型轮胎的性能要求
• 1.1.2.1 耐磨性能
• 1.1.2.2 抗湿滑性
• 1.1.2.3 滚动阻力
• 1.2 胎面胶用胶的现状及发展
• 1.2.1 橡胶并用
• 1.2.2 合成特定结构的新胶种
• 1.2.2.1 集成橡胶（SIBR）
• 1.2.2.2 环氧化天然橡胶（ENR）
• 1.2.2.3 乙烯基聚丁二烯橡胶（ViBR）
• 1.2.2.4 新型溶聚丁苯橡胶（S-SBR）
• 1.2.2.5 卤化丁基橡胶（HIIR）
• 1.2.2.6 3,4-异戊橡胶（3,4-IR）
• 1.3 胎面胶补强填料的现状
• 1.3.1 炭黑
• 1.3.2 白炭黑
• 1.3.3 短纤维-橡胶复合材料（SFRC）
• 1.4 粉末橡胶
• 1.4.1 粉末橡胶的定义
• 1.4.2 粉末像胶的发展概况
• 1.4.2.1 国外概况
• 1.4.2.2 国内发展
• 1.4.3 粉末像胶的制备方法
• 1.4.3.1 粉碎法
• 1.4.3.2 凝聚法
• 1.4.3.3 喷雾干燥法
• 1.5 超细全硫化粉末橡胶
• 1.5.1 超细全硫化粉末橡胶的简介
• 1.5.2 超细全硫化粉末橡胶的制备
• 1.5.3 超细化粉末橡胶的应用
• 1.5.3.1 超细丁苯粉末橡胶增韧聚丙烯的研究
• 1.5.3.2 超细丁苯粉末橡胶增韧聚氯乙烯的研究
• 1.5.3.3 超细丁苯粉末橡胶增韧尼龙-6的研究
• 1.5.3.4 超细丁苯粉末橡胶与橡胶共混的研究
• 1.6 本论文研究的目的及意义
• 第二章 几种UFPR粒子改性胎面胶复合材料的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设备及测试仪器
• 2.2.3 基本配方
• 2.2.3.1 UFPCSBR改性NR/SBR共混胶的实验设计
• 2.2.3.2 UFPSBR改性NR/SBR共混胶的实验设计
• 2.2.3.3 UFPNBR改性NR/SBR共混胶的实验设计
• 2.2.4 试样制备
• 2.2.5 性能测试与表征
• 2.2.5.1 硫化曲线测定
• 2.2.5.2 门尼粘度测试
• 2.2.5.3 拉伸性能测试
• 2.2.5.4 撕裂性能测试
• 2.2.5.5 硬度测试
• 2.2.5.6 冲击弹性测试
• 2.2.5.7 热空气老化
• 2.2.5.8 磨耗性能测试
• 2.2.5.9 橡胶密度测定
• 2.2.5.10 动态压缩疲劳性能
• 2.2.5.11 动态热力学性能测试
• 2.2.5.12 加工性能分析
• 2.2.5.13 傅里叶红外光谱测试
• 2.2.5.14 交联密度测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 UFPCSBR改性NR/SBR胎面胶复合材料的研究
• 2.3.1.1 UFPCSBR的性能分析
• 2.3.1.2 UFPCSBR/NR/SBR复合材料的硫化特性
• 2.3.1.3 UFPCSBR/NR/SBR复合材料的动态热力学性能
• 2.3.1.4 UFPCSBR/NR/SBR复合材料的RPA分析
• 2.3.1.5 UFPCSBR/NR/SBR复合材料的物理机械性能
• 2.3.2 UFPSBR改性NR/SBR胎面胶复合材料的研究
• 2.3.2.1 UFPSBR的性能分析
• 2.3.2.2 UFPSBR/NR/SBR复合材料的硫化特性
• 2.3.2.3 UFPSBR/NR/SBR复合材料的动态热力学性能
• 2.3.2.4 UFPSBR/NR/SBR复合材料的RPA分析
• 2.3.2.5 UFPSBR/NR/SBR复合材料的物理机械性能
• 2.3.3 UFPNBR改性NR/SBR胎面胶复合材料的研究
• 2.3.3.1 UFPNBR的性能分析
• 2.3.3.2 UFPNBR/NR/SBR复合材料的硫化特性
• 2.3.3.3 UFPNBR/NR/SBR复合材料的动态热力学性能
• 2.3.3.4 UFPNBR/NR/SBR复合材料混炼胶的RPA分析
• 2.3.3.5 UFPNBR/NR/SBR复合材料的物理机械性能
• 2.3.4 UFPCSBR、UFPSBR、UFPNBR改性NR/SBR复合材料的性能对比
• 2.3.4.1 拉伸强度
• 2.3.4.2 撕裂强度
• 2.3.4.3 DIN磨耗
• 2.3.4.4 动态热力学性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 UFPR改性胎面胶配方体系的优化
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验设备及测试仪器
• 3.2.3 基本配方
• 3.2.3.1 UFPNBR改性NR/SBR共混胶的实验设计
• 3.2.3.2 UFPSBR改性NR/SBR共混胶的实验设计
• 3.2.4 试样制备
• 3.2.5 性能测试及表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 UFPNBR改性NR/SBR胎面胶复合材料的研究
• 3.3.1.1 UFPNBR/NR/SBR复合材料的硫化特性
• 3.3.1.2 UFPNBR/NR/SBR共混物的动态热力学性能
• 3.3.1.3 UFPNBR/NR/SBR复合材料的RPA分析
• 3.3.1.4 UFPNBR/NR/SBR复合材料的物理机械性能
• 3.3.1.5 UFPNBR/NR/SBR复合材料的耐老化性能
• 3.3.1.6 UFPNBR对UFPNBR/NR/SBR复合材料加工性能的影响
• 3.3.1.7 优化前后UFPNBR/NR/SBR复合材料性能对比
• 3.3.2 UFPSBR改性NR/SBR胎面胶复合材料的研究
• 3.3.2.1 UFPSBR/NR/SBR复合材料的硫化特性
• 3.3.2.2 UFPSBR/NR/SBR复合材料的动态热力学性能
• 3.3.2.3 UFPSBR/NR/SBR复合材料的RPA分析
• 3.3.2.4 UFPSBR/NR/SBR复合材料的物理机械性能
• 3.3.2.5 UFPSBR/NR/SBR复合材料的耐老化性能
• 3.3.2.6 UFPSBR/NR/SBR复合材料的门尼粘度
• 3.3.2.7 优化前后UFPSBR/NR/SBR复合材料性能对比
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢