（材料加工工程专业论文）淀粉丁苯橡胶复合材料的制备与应用研究.pdf

摘要 淀粉丁苯橡胶复合材料的制备和应用研究 摘要 据专利报道用玉米淀粉部分替代炭黑、白炭黑这样的传统填料可以改 善胎面胶料的牵引性能和滞后损失，降低滚动阻力。本文研究了玉米淀粉 部分代替炭黑对淀粉炭黑s b r 胎面胶性能的影响。 采用乳液共沉法( l c m ) 制备淀粉s b r 复合物，并考察了填料总用 量为6 0 份时，按比例减少炭黑用量对复合材料性能的影响。结果表明， 添加1 0 p h r 以内的淀粉对胶料力学性能和磨耗性能影响不大，硫化曲线显 示淀粉有迟延硫化的作用，r p a 显示6 0 下t a n i 有所降低，d m t a 显示 材料的玻璃化转变温度变化不大。 采用机械共混法( m c m ) 制备填料总量为6 0 份，不同淀粉炭黑并 用比的淀粉炭黑s b r 复合材料，结果表明，随着淀粉炭黑并用比的增加， 复合材料的拉伸强度变化呈下降趋势，扯断伸长率明显增加，材料的功率 损耗值降低，但在定负荷下，材料的形变量增加；d m t a 结果表明淀粉 的加入对复合材料的玻璃化转变温度影响不大，但材料的抗湿滑性能变 好；s e m 照片显示复合材料的耐磨性能变差；研究了两种硅烷偶联剂s i 6 9 和k h 7 9 2 采用不同处理方法对淀粉炭黑混合填料的改性效果，结果显示 s i 6 9 改性淀粉并经热处理后可改善复合材料的动态性能。 考察了淀粉s b r 复合材料以及淀粉炭黑s b r 复合材料常温下浸水 后的吸水率对静态力学性能的影响，研究结果表明：淀粉用量增加，复合 北京化工人学硕士学位论文 材料的吸水率增加；淀粉的用量在2 0 份范围内，随着材料浸水时间的延 长，淀粉炭黑s b r 复合材料的力学性能与纯s b r 硫化胶和炭黑s b r 复 合材料材料力学性能变化的趋势是一致。在材料浸水3 0 天内，力学性能 有所波动，当浸水至9 0 天时，材料的力学性能与未浸水时材料的力学性 能相差不大。 考察了淀粉n b r 复合材料的性能，结果显示，淀粉含量增加，淀粉 n b r 复合材料的力学性能变化不大；复合材料常温下浸油6 0 天的质量 溶胀率和体积溶胀率均下降，耐油性能变好。 关键词：淀粉s b r 复合材料，胎面胶料，性能，吸水性 摘要 t h ep r e l a r a t i o na n da p p l i c a t i o n o fs t a r c i l s b rc o m p o s i t e s a b s t r a c t i t i sr e p o r t e dt h a tc o r ns t a r c h ，w h i c hp a r t l yr e p l a c ec a r b o nb l a c k ( c b ) a n ds i l i c a ，c a ni m p r o v et h et r a c t i v ep r o p e r t i e s ，h y s t e r e s i sl o s sa n dr e d u c e r o l l i n gr e s i s t a n c eo ft i r e t h ee f f e c t so fs t a r c hp a r t l yi n s t e a do fc ba n ds i l i c a o ns t a r c h c b s b rc o m p o s i t e sw e r es t u d i e d s t a r c h s b rc o m p o u n dw a sp r e p a r e db yl c m ，t h e nm i x e dw i t hc bt o c h a n g et h es t a r c h c br a t i o ( t o t a lf i l l e rc o n t e n t si s6 0p h r ) t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h e a d d i t i o no fs t a r c h ( o 图3 1 7 不同淀粉用量淀粉，炭黑s b r 复合材料混炼胶的储能模量和应变的关系曲线 f i 9 3 - 1 7t h es t o r a g em o d u l u s - s t r a i nc u r v c $ o fs t a r c i 此b s b rc o m p o u n d 、i n ld i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g ( 1 h z ，6 0 ) 图3 1 7 是不同淀粉用量淀粉炭黑s b r 复合材料混炼胶的r p a 储能模量和应变 的关系曲线。如图所示，在低应变下，随着淀粉用量的增加，复合材料的储能模量大 幅降低；随着扫描应变的逐渐增大，储能模量逐渐趋予一致。值得注意的是：5 份淀 粉的加入便可使混炼胶在低应变下的储能模量明显降低，这可能由于炭黑用量降低和 淀粉的引入两方面的共同作用削弱了炭黑网络结构的缘故。 3 3 2 4 硫化胶的r p a 测试 为了更好地考察淀粉用量的增加对淀粉炭黑s b r 复合材料综合性能的影响，对 不同淀粉含量下的复合材料进行了r p a 应变扫描分析。图3 1 8 ( a ) 、图3 1 8 ( b ) 、 图3 1 8 ( c ) 分别是不同淀粉用量淀粉炭黑s b r 复合材料硫化胶的动态储能模量( g ) 、 损耗模量( g ”) 和内耗( t a n6 ) 与应变关系的曲线图。随着淀粉用量的增加，硫化 胶的g 、g ，和t a n 8 均降低。6 0 下的t a n 8 表示硫化胶的滚动阻力，其值越小，滚动 阻力越低，因此随淀粉用量的增加，复合材料的滚动阻力降低，有利于节省油耗量。 4 7 北京化工大学硕士学位论文 日 乱 y a s t r a i n ( ) a 储能模量一应变关系 a t h er e l a t i o n s h i pb e t 3 糯s ns t o r a g em o d u l u sa n ds t r a i n s t r a i n ( ) b 损耗模量应变关系 b t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl o s sm o d u l u sa n ds t r a i n ，第三章结果与讨论 s t r a i n ( ) c t 柚6 应变关系 c t h er e l a t i o n s h i pb e t w e a lt a n 8a n ds t r a i n 图3 1 8 不同淀粉份量的淀粉炭黑s b r 复合材料硫化胶的r p a 应变扫描 f i 9 3 - 1 st h er p as t r a i ns c a n n i n gc u r v e 8o fs t a “；l 此b s b rc o m p o s i t e s 、n md i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g ( 1 0 h z ，6 0 ) 3 3 2 5 功率损耗测试 为了进一步考察淀粉炭黑s b r 复合材料的动态力学性能，对不同淀粉用量下复 合材料进行了功率损耗的测试以模拟轮胎行驶过程中的能量消耗，结果见表3 1 2 。由 表可知，随着淀粉用量的增加，复合材料的动态生热有所增加，功率损耗值降低，变 形量增加。与不含淀粉的炭黑s b r 复合材料相比而言，淀粉炭黑s b r 复合材料的动 态生热是增加的，这似乎与r p a 的测试结果是矛盾的，其实不然。r p a 测试是相同 温度下的t a n6 值，而功率损耗测试的是定载荷下的温升，在定载荷下，随淀粉用量 的增加，材料的定伸降低，形变量增加，因而导致动态生热增加。、而在淀粉炭黑s b r 复合材料的体系中，随着淀粉用量的增加，动态生热是呈下降趋势的，且淀粉炭黑 用量比为2 0 4 0 的复合材料动态生热最低，这是由于一方面尽管材料的模量较低，形 变量增加可能导致生热增加；同时淀粉用量增加，炭黑用量减小，炭黑网络结构减弱， 炭黑聚集体破坏和重组的几率降低，生热降低；相比较而言，后者的贡献较大，综合 的结果生热降低。 4 9 北京化工大学硕士学位论文 表3 - 1 4 淀粉用量对淀粉炭黑s b r 复合材料功率损耗的影响 t a b l e3 - 1 4t h ep o w e rl o s so fs t 棚h c b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g 3 3 2 6d h t a 分析 的 c 侣 _ t e m p e r a t u r e o c 图3 1 9t a 】畸和温度的关系曲线 f i g 3 - 1 9t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt a n 6 a n dt e m p e r a t u r e 表3 - 1 5 淀粉用量对淀粉炭黑s b r 复合材料的t 夸和- t a n 8 影响 1 陇b l e 3 1 5t h ee f f e c to fd i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n go nt ga n dt a n 6 0 fs t a r c h c b s b rc o m p o s i t e s 项目 s os 5s i os15$20 t g ( o c ) 3 0 23 1 43 0 5 3 0 3- 2 8 8 t a n i0 6 0 2 40 6 0 6 00 6 3 5 8 0 710 50 7 7 5 8 o c t a n 60 1 3 4 8 0 1 4 8 00 1 4 8 00 1 6 6 00 1 7 8 8 6 0 t a n 60 1 1 7 80 1 3 7 8 0 1 3 7 80 1 3 4 00 1 4 1 3 我们在d m t a 上测试了复合材料在频率为1 0 h z 和应变为0 0 l 的拉伸模式下， 温度范围为1 0 0 1 5 0 。c 下的t a n 8 ，结果如图3 1 9 及表3 1 5 。由图表可知我们看到在 2 0 c 到o c 范围内的t a n 8 值随淀粉用量增加而有所上升，也即是淀粉炭黑s b r 复合 第! 章结r 0 讨论 材料的抗湿滑性能变好。随着淀粉用量的增加，玻璃化转变温度变化不大，而t 蚰6 峰强度提高，这可能是参与玻璃化转变的橡胶量增加的缘故， 33 27 对磨耗性能的影响 e 善 畸 辜 e 3 棚 耀 恤 淀粉用量份 图3 - 2 0 磨耗量与淀粉用量的关系图 f i g 3 2 0 t h er e l a t i o n s h i p b e t w 啪a b r a s i o n8 1 n o u n ta n ds t a r c h l o a d i n g 北京化1 人学龋上学位论立 藤麟 s 2 【1 图3 2 1 淀粉炭黑s b r 复合材料的磨耗面的$ e m 照片 f i 9 3 2 1 t h es e mp h o t oo f t h e w e a r i n gs u r f a c e o f s t a r c b c b s b rc o m p o s i t e s 】_ i 图3 2 0 可以看出随着淀粉用量的增加，胶料的耐磨性能变差。 观察图3 - 2 1 中复合材料磨耗面的扫描电镜照片，发现不含淀粉的胶料( s o ) 的 磨赶花纹与胶体连接处的界面比较模糊，无明显的坑洞：添加了淀粉之后，材料表面 的磨耗花纹与胶体连接处出现明显的坑洞，而随着淀粉用量的增加，材料磨耗表面的 孔洞越来越多，而且逐渐有较多的淀粉粒子脱出，原因应当是大颗粒的淀粉粒子与橡 胶的界面作用不如炭黑与橡胶的界面作用，淀粉与橡胶基体的界面结合处可能就是磨 耗破坏的薄弱处。因此加入淀粉之后，材料的耐磨性变差，并且随着淀粉用量的增加， 磨耗破坏薄弱处的数量增加，材料的耐磨性逐渐降低。 333 偶联剂s i 6 9 对复合材料性能的影响 为了提高填料与橡胶之问的相容性，增大填料与橡胶相界面问的相互作用活性， 常常采用化学改性方法对填料进行有效的改性。偶联剂是一种具有双反应功能的化学 物质，能把橡胶和非炭黑填料有机地连接在一起，使界面成为化学键结合以显著的 提高非炭黑填料的补强性能。 第三章结果与讨论 目前应用的偶联剂主要为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，更常用的是硅烷偶联剂m 5 - q 。硅烷偶联剂为单体硅化合物，由于它对有机聚合物及无机物质玻璃、无机填 料、金属及金属氧化物有特殊的化学结合能力而被广泛的应用，其通式为：x y - - s i - - 心v ，其中x 为易水解性基团，一般为烷氧基( 如s i 6 9 ) 、过氧基( 如v 】) p s ) 等， 水解后生成羟基硅烷，可与橡胶填料粒子表面结合。 硅烷偶联剂的作用机理一般认为是由于硅烷偶联剂的x 基团能够水解生成硅烷 醇。进而与填料表面产生缩合：另一方面，在硫化过程中，偶联荆的r 有机官能团能 与橡胶分子链中的双键，或由于机械应力作用所生成的橡胶分子链自由基，或发生氢 离子转移等反应，结果通过硅烷偶联剂作桥梁，使橡胶分子与填料连结起来，从而提 高了补强效果。 由于未改性的淀粉加入炭黑s b r 复合材料的增强作用不明显，作者尝试将偶联 剂用于复合材料体系中，考察其对该体系的影响。另外由于淀粉表面有类似白炭黑的 大量的羟基存在，使其具备与橡胶间产生较强的间接界面粘合的可能性。所以我们选 择对白炭黑偶联效果较好的双( 3 一乙氧基甲硅烷基丙基) 四硫化物( s i 6 9 ) 作为偶 联剂对淀粉艨胶复合物进行处理。下列实验中炭黑为5 0 份，淀粉为l o 份，序号分 别表示：s i 0 s i 6 9o p h r ，s i l s i 6 9l p h r ，s i 3 s i 6 93 p l l r ，s i 5 s i 6 95 p h r ，使用2 1 节中的 配方。 3 3 3 1 对硫化性能的影响 表3 1 6 不同s i 6 9 份量淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化参数 t a b l e 3 - 1 6t h ev u l c a n i z a t i o nd a t ao fs t 踟h c b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n ts i 6 9c o n t e n t s 5 3 北京化工大学硕：t 学位论文 图3 - 2 2 不同份量的s i 6 9 的淀粉，炭黑s b r 复合材料的硫化曲线 f i g 3 - 2 2 t h ev u l c a n i z a t i o nc u r v e so fs t a r c h ，c b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n ts i 6 9a m o u n t 橡胶是一个涉及交联反应的复合体系，任何界面改性剂的加入都有可能影响橡胶 的硫化，从而影响复合材料的性能，因此必须对其有所了解，才能有助于界面分析。 图3 2 2 是不同份量的s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化曲线，表3 1 6 是相 应的硫化参数。结果表明，添加3 份和5 份s i 6 9 的材料扭矩相差不多并且扭矩是该 组中最高，也即是它们的交联密度最高；而随着s i 6 9 份数的降低，材料的扭矩也降 低，这与参与橡胶硫化的s i 6 9 的量多少有一定的关系。各个材料的硫化时问均比 较接近，扭矩则是随着s i 6 9 份数的增加而增加，但是幅度并不大。 3 3 3 2 对静态力学性能的影响 表3 1 7 是不同份量s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的静态力学性能列表。结果 表明，随着s i 6 9 量的增加，材料的硬度有所提高，拉伸强度逐渐升高，而扯断伸长 率呈现先增大后减小的趋势：永久变形和撕裂强度随s i 6 9 量增加而提高。图3 2 3 是 不同s i 6 9 含量的淀粉炭黑s b r 复合材料的应力应变曲线。不含偶联剂的材料与含3 份s i 6 9 的复合材料的应力应变曲线基本一致，且居于四者之间，而含5 份s i 6 9 的材 料的应力应变曲线最陡，表明材料的定伸应力最大，而含1 份s i 6 9 的材料应力应变 曲线较平缓，表明材料的定伸应力最低，这可能是因为：在添加少量偶联剂的情况下， 偶联剂的交联反应参与作用不明显，而更多地可能体现在润滑作用上，使材料的定伸 第三章结果与讨论 应力降低：而添加份数较多，i 其参与交联反应越多，在提高交联密度和提高定伸应力 方面作用体现较明显。 表3 - 1 7 不同份量s i 6 9 对淀粉炭黑s b r 复合材料静态力学性能的影响 t a b l e 3 - 1 7t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs t a r c h c b s b rw i t hd i f f e r e n ts i 6 9a m o u n t 试样编号s i 0s i l s i 3s i 5 母 正 = - _ t o 1 5 1 0 5 o 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 6 0 0 s t r a i n ( ) 图3 - 2 3 不同s i 6 9 含量的淀粉炭黑s b r 复合材料的应力应变曲线 f i g 3 - 2 3t h e s t r a i n s t r e s sc u r v e so fs t a r c h c b s b r 谢i hd i f f e r e n ts i 6 9c o n t e n t s 3 3 3 3 对动态力学性能的影响 5 5 北京化工大学硕士学位论文 s t r a i n ( ) 图3 “不同份量s i 6 9 淀粉炭黑s b r 复合材料的混炼胶储能模量- 应变关系曲线图 f i 9 3 2 4n es t o r a g em o d u l u s - s t r a i nc u f v c $ o fs t a r c h c b s b rc o m p o u n dw i t hd i f f e r e n ts i 6 9c o n t e n t s ( i h z ，6 0 ) 图3 2 4 为不同份量s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的混炼胶储能模量应变关系 曲线图。如图所示，各种材料之间的储能模量十分接近，这一方面说明其加工性能基 本接近，另一方面说明偶联剂s i 6 9 对填料的分散作用改善不明显。 s t r a i n ( ) a 储能模量应变关系 a t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t o r a g em o d u l u sa n ds t r a i n 第三章结果与讨论 f , o c 要 b t a n s - 应变关系 b t h er e l a t i o n s h i pb g i w o c nt a n 8a n ds t r a i n 图3 - 2 5 不同份量s i 6 9 淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化胶的r p a 应变扫描曲线 f i 9 3 - 2 5t h er p a s t r a i ns c a n n i n gc u r v e 8o fs t a 】僦b s b rc o m p o s i t e s 诵t l id i f f e r e n ts i 6 9c o n t e n t s ( 1 h z ，6 0 ) 图3 2 5 是不同份量s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化胶的r p a 应变扫描曲 线。结果表明，图3 2 5 ( a ) 储能模量一应变关系图显示了淀粉炭黑s b r 复合材料在 小应变下的储能模量随着s i 6 9 量的增加而略有起伏，而大应变下则相差不大。由图 3 2 5 ( b ) t a n i 应变曲线图来看，不含偶联剂的淀粉炭黑s b r 复合材料的t a n 5 最大， 添加s i 6 9 后t a n i 有不同程度的下降，另外材料在百分之二十应变附近，出现低谷区， 且l 份s i 6 9 最低，其他较高，从侧面反映材料的滞后损失变小。 3 3 3 4 对动态生热性能的影响 表3 1 8 为不同份量s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的动态生热相关性能。结果 表明，添加s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的动态生热温度较未添加偶联剂材料的低， 且偶联剂份量的多少对动态生热温度的影响不明显。 表3 1 8 不同份量s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料的动态生热相关性能 t a b l e 3 - 1 8t h e d y n a m i ch e a tb u i l t - u po fs t a r c l l c b s b rw i md i f f e r e n ts i 6 9c o n t e n t s 5 7 北京化工大学硕士学位论文 3 3 4 热处理对复合材料的影响 我们知道使用s i 6 9 处理填料，常常会用到热处理的方法，使s i 6 9 更好地和填料 和基体发生反应，所以在上一节s i 6 9 变量实验后，我们尝试对添加了s i 6 9 的淀粉 炭黑s b r 复合材料进行热处理，希望能改善淀粉、炭黑和s b r 之间的界面结合，同 时引入6 0 份炭黑的炭黑s b r 复合材料进行对比，希望获得有意义的结果。使用2 i 2 节中的基本配方，热处理的条件是在1 2 0 的热辊上处理十五分钟。 本节中的序号对应的意义分别表示在下表： 表3 1 9 序号的意义 t a b l e 3 1 9t h em e a n i n go f n o 3 3 4 1 对硫化性能的影响 图3 - 2 6 热处理方法对淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化曲线的影响 f i g 3 - 2 6t h e v u l c a n i z a t i o nc u r v e so fs t a r c h c b s b rc o m p o s i t e sw i t hp r o c e s s i n gm e t h o d 第三章结果与讨论 图3 2 6 是不同处理方法制得的淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化曲线。由图3 2 6 可 以看到，无论是否进行热处理，添加s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料扭矩均较高，而 不含偶联剂s i 6 9 的淀粉炭黑s b r 复合材料扭矩最低，说明s i 6 9 的加入提高了材料 的交联密度：而经过热处理后的淀粉炭黑s b r 复合材料( 含s i 6 9 ) 的扭矩与未经过 热处理的淀粉炭黑s b r 复合材料( 含s i 6 9 ) 相比较低。 3 3 4 2 对静态力学性能的影响 表3 - 2 0 热处理对淀粉炭黑s b r 复合材料的静态力学性能的影响 t a b l e 3 - 2 0t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs t a r c h c b s b rc o m p o s i e s 、玑t l lh e a tp r o c e s s i n go rn o t 北京化工大学硕士学位论文 o 1 0 0 2 0 03 4 0 05 0 06 0 07 8 0 0 s t r a i n ) 图3 - 2 7 热处理对淀粉炭黑s b r 复合材料的应力应变曲线的影响 f j g 3 - 2 7t h ev u l c a n i z a t i o nc u r v 铭o fs 切“1 此b s b rc o m p o s i t e s 、以n lh e a tp r o c e s s i n go rn o t 表3 2 0 为热处理方法对淀粉炭黑s b r 复合材料的静态力学性能的影响，而图 3 2 7 为其对应的应力应变曲线。由表3 2 0 可知，添加淀粉之后，复合材料的硬度均 不同程度地降低了。对比含有淀粉的三种复合材料，添加3 份s i 6 9 的复合材料( 3 ， 钟) 的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度均比不含偶联剂的材料( 2 撑) 大，而尽管进 行热处理之后的材料( 钳) 拉伸强度和扯断伸长率均没有太大的变化，但是其定伸应 力却达到最高，甚至比纯炭黑s b r 复合材料还高。橡胶材料的定伸应力和交联密度 关系密切，但是经过热处理的材料的交联密度比纯炭黑s b r 复合材料的略高，这恰 好印证了这点。 嚣 幻 = 2 伯 5 o 富乱暑一竹荔 第三章结果与讨论 3 3 4 3 对动态力学性能的影响 图3 - 2 8 是否热处理对淀粉炭黑s b r 复合材料的混炼胶储能模量应变关系的影响 f i g 3 - 2 8 t h es t o r a g em o d u l u s - s t r a i nc u i v c 8o fs t a r c l l c b s b rc o m p o u n d 、聃i l lh e a tp r o c e s s i n g0 1 n o t 图3 2 8 为不同处理方法的淀粉炭黑s b r 复合材料的混炼胶储能模量应变关系 曲线图。如图所示，添加了淀粉之后的复合材料储能模量比纯炭黑s b r 复合材料的 低，而且它们三者之间的储能模量十分接近，这一方面说明其加工性能基本接近，另 一方面说明无论是否经过热处理，偶联剂s i 6 9 对填料的分散作用改善不明显，对界 面改善的作用不大。 6 l 北京化工大学硕士学位论文 勺 c 日 _ s t r a i n ( ) a 储能模量应变关系 a t h er e l a t i o n s h i pb o t w c e ns t o r a g em o d u l u sa n ds t r a i n s t r a i n ( ) b t 觚6 应变关系 b t h er e l a t i o n s h i pb c t w 1 1t 锄6a n ds t r a i n 图3 - 2 9 热处理对淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化胶r p a 应变扫描曲线的影响 f i g 3 - 2 9t h er p a s t r a i ns c a n n i n gc u r v e so fs l 捌d b s b rc o m p o s i t e sw i t hh e a tp r o c e s s i n go rn o t 图3 2 9 ( a ) 为不同处理方法的淀粉炭黑s b r 复合材料硫化胶的动态模量( g ) 的应变扫描，图3 2 3 ( b ) 为硫化胶的内耗( t a n6 ) 的应变扫描。如图所示，经过热 第三章结果与讨论 处理后的炭黑淀粉s b r 复合材料( 含3 份s i 6 9 ) 的储能模量比其他材料都低，在一 定范围内说明热处理对复合材料的动态力学性能有利，由3 2 9 ( b ) 可以看到材料的 内耗值也逐渐降低，尤其是经过热处理的复合材料，内耗值最低，对胎面材料而言， 意味着滚动阻力降低。 3 3 5 偶联剂1 0 1 7 9 2 对复合材料的影响 氨基硅烷偶联剂k h 7 9 2 对于改善淀粉与橡胶基体间的界面结合，提高淀粉s b r 复合材料的力学性能有特殊显著的效果，因此我们在炭黑和淀粉并用体系中尝试添加 k h 7 9 2 ，考察其对淀粉炭黑并用体系的影响。使用2 1 2 节中的基本配方 下列序号意义分别为：k o 一0 p h r k h 7 9 2 ，k i lp h r ，l ( 3 3p h r ，k 5 5p h r 3 3 5 1 对硫化性能的影响 图3 - 3 0 不同份量k h 7 9 2 的淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化曲线图 f i g 3 - 3 0t h ev u l c a n i z a t i o nc u n r 髑o fs t a r c l l c b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n tk h 7 9 2c o n t e n t s 表3 2 l 是不同k h 7 9 2 份量的淀粉炭黑s b r 复合材料硫化参数，对应的3 3 0 为 硫化曲线。结果表明，添加k h 7 9 2 的淀粉炭黑s b r 复合材料的起硫时间较快，焦烧 期很短，而添加1 份k h 7 9 2 的曲线与未添加的材料相差不大，k h 7 9 2 添加量较多( 多 于3 份) 的则需要更长的时间来达到平衡扭矩，即其硫化时间随添加k h 7 9 2 的量增 北京化工火学硕士学位论文 大而增加，而且扭矩也在逐渐降低。 表3 - 2 1 不同k h 7 9 2 含量的淀粉炭黑s b r 复合材料硫化参数 t a b l e3 - 2 1t h ev u l c a n i z a t i o nd a t ao fs t 锄h c b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n tk h 7 9 2c o n t e n t s 3 3 5 2 对静态力学性能的影响 表3 - 2 2 偶联剂k h 7 9 2 对淀粉炭黑s b r 复合材料静态力学性能的影响 t a b l e 3 - 2 2t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs t a 矾脱b s b rc o m p o s i t e sw i n ld i f f e r e n tk h 7 9 2c o n t e n t s 图3 3l 是不同份量k h 7 9 2 淀粉炭黑s b r 复合材料的应力应变曲线，随着k h 7 9 2 的份数的增加，材料应力应变曲线逐渐降低。k h 7 9 2 的量较低( 1 p h r ) 的时候能适当 提高硬度，而添加较多( 大于3 份) 的话则反而降低硬度，且提高粘度。3 0 0 定伸 应力、拉伸强度随着k h 7 9 2 份数的增加而降低，扯断伸长率和永久变形则提高，撕 第三章结果与讨论 裂强度规律不明显，但是总体在提高。k h 7 9 2 的添加在材料中的作用一方面可能对无 机填料和有机材料的粘连有一定的帮助，但是另一方面它的添加可能更多地体现了它 的油润滑作用。 日 屯 至 _ s t r a i n ( ) 图3 - 3 1 不同份量k h 7 9 2 淀粉炭黑s b r 复合材料的应力应变曲线 f i g 3 - 3 1t h es t r a i n - s t r e s sc u r v e so fs t a r c ：l 此b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n tk h 7 9 2 c o n t e n t s 3 3 5 3 对动态力学性能的影响 a 储能模量垃变关系 a t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t o r a g em o d u l u sa n ds t r a i n 北京化工火学硕士学位论文 s t r a i n ( ) b t a n6 一应变关系 b t h er e l a t i o n s h i pb e “”目e nt a n ia n ds t r a i n 图3 - 3 2 不同份量k h 7 9 2 的淀粉炭黑s b r 复合材料混炼胶的r p a 应变扫描 f i g 3 - 3 2t h er p a s t r a i ns c a n n i n gg l l r v g so fs t a r c i c b s b rc o m p o u n dw i t hd i f f e r e n tk h 7 9 2c o n t e n t s ( i h z ，6 0 ) 图3 3 2 是不同份量k h 7 9 2 的淀粉炭黑s b r 复合材料混炼胶的r p a 应变扫描图。 由图3 3 2 ( a ) 储能模量一应变关系看到，在低应变下，材料的储能模量较为接近， 而应变增加，则k h 7 9 2 的份数越多，其储能模量越高，而到了应变为2 0 0 以上，则 储能模量又十分接近。 图3 3 3 是不同份量k h 7 9 2 的淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化胶的r p a 应变扫描 曲线图。由图3 3 3 ( a ) 储能模量一应变关系可以看到，低应变下，未添加偶联剂的材 料储能模量最高，而其他较低且接近；随着剪切应变的提高，各个材料的储能模量的 值较接近。由3 3 3 ( b ) t a n s - 应变关系可以看到，低份数的偶联剂其t a n 5 与不含偶联 剂的复合材料接近，且随着k h 7 9 2 的增加，其t 觚6 值增加。 第三章结果与讨论 日 乱 y o 的 c 日 _ s t r a i n ( ) a 储能模量一应变关系 a t h er e l a t i o n s h i pb e n o 饥s t o r a g em o d u l u sa n ds t r a i n s t r a i n ( ) b t a n 8 应变关系 b t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt a n 8a n ds t r a i n 图3 - 3 3 不同份量k h 7 9 2 的淀粉炭黑s b r 复合材料的硫化胶的r p a 应变扫描 f i g 3 - 3 3 t h er p as t r a i ns c a n n i n gc u r v 骼o fs l a r c l 们b s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n tk h 7 9 2 c o n t e n t s ( 1 h z ，6 0 ) 6 7 北京化工大学硕上学位论文 3 3 5 4 对动态生热性能的影响 表3 - 2 3 不同k h 7 9 2 份量的淀粉炭黑s b r 复合材料的动态生热性能 t a b l e 3 - 2 3t h ed y n a m i ch e a tb u i l t - u po fs 鲰h c b s b rw i t hd i f f e r e n tk h 7 9 2c o n t e n t s 表3 2 3 不同k h 7 9 2 份量的淀粉炭黑s b r 复合材料的动态生热相关性能。结果 表明，随着k h 7 9 2 的量的增加，其永久变形量也在变大，这跟动态生热温度升高有 一定关系，而且偶联剂的量增加，胶料也变软，不利于动态生热温度的降低。 3 3 6 淀粉s b r 和淀粉炭黑s 隙复合材料的吸水性能考察 将淀粉作为填料填充于橡胶材料中，长时间的浸水后淀粉对复合材料力学性能的 影响程度是关注的一个焦点。作者初步研究了淀粉s b r 复合材料以及炭黑并用于该复 合材料后在长时间浸水之后的吸水率和力学性能的变化。 3 3 6 1 淀粉s b r 复合材料的吸水性能 3 3 6 1 1 吸水率 图3 3 4 为不同淀粉含量对淀粉s b r 复合材料浸水之后吸水率的影响。从图中我 们可以看出，纯s b r 材料的吸水率在3 0 天后开始达到平衡，吸水率不再上升。含 有淀粉的淀粉s b r 复合材料吸水率随着浸水时间的延长不断提高，淀粉含量较大的 复合材料其吸水率也相对较大些，说明在复合材料中淀粉的吸水作用较强，因此淀粉 含量增加，吸水率也会增加。含2 0 份淀粉的淀粉s b r 复合材料浸水9 0 天后，吸水 率为8 5 ，较纯胶的吸水率2 5 明显增加。 第三章结果与讨论 时间，天 图3 3 4 不同淀粉含量的淀粉s b r 复合材料的吸水率对比图 f i g 3 - 3 4 t h ew a t e rs w e l l i n gc o m p a r i s o no fs t a r c h s b rc o m p o s i t e s 、析t hd i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g s t a r c h ：1 撑一0 p h r ；硝一1 0p h r ：3 撑2 0 p h r 3 3 6 1 2 吸水对复合材料静态力学性能的影响 图3 3 5 为淀粉s b r 复合材料3 0 0 定伸应力对比图，图3 3 6 为拉伸强度对比图， 图3 3 7 为扯断伸长率对比图。经过水浸之后的复合材料，其3 0 0 定伸应力和拉伸强 度呈现先上升后降低然后趋于持平的态势，扯断伸长率先降低后上升持平的趋势，1 0 天后复合材料的拉伸强度和扯断伸长率达到一个极大值，之后再经过长时间的浸泡， 力学性能最终都达到一个稳定的水平。在3 0 天内，复合材料的性能处于调整期，随 着时间的进一步延长至9 0 天力学性能变化不大。另外，尽管淀粉橡胶复合材料的吸 水率较纯胶的大，但吸水后，淀粉橡胶复合材料性能的变化趋势与纯胶的基本一致。 北京化工大学硕上学位论文 时间天 图3 - 3 5 不同淀粉含量的淀粉s b r 复合材料的3 0 0 定伸应力对比图 f i 9 3 - 3 st h es t r e s s ( 3 0 0 ) c o m p a r i s o no fs t a r c h s b r w i t hd i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g s t a r c h ：一l 撑- 0 p h r ；2 撑一1 0p h r ：3 捍- 2 0 p h r 时间，天 图3 - 3 6 不同淀粉含量的淀粉s b r 复合材料的拉伸强度对比图 f i g 3 - 3 6t h et e n s i l es t r e n g t hc o m p a r i s o n o fs t a r c h s b rc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g s t a r c h ：l 撑- 0 p h r ；2 群- 1 0p h r ；3 撑一2 0 p h r 第三章结果与讨论 出 静 姒 晕 时间，天 图3 - 3 7 不同淀粉含量的淀粉s b r 复合材料的扯断伸长率对比图 f i g 3 - 3 7t h ee l o n g a t i o nc o m p a r i s o no fs t a r c h s b rc o m p o s i t e s 、析廿ld i f f e r e n ts t a r c hl o a d i n g ， s t a r c h ：l 撑0 p h r ：2 稃一1 0p h r ：3 撑2 0 p h r 3 3 6 2 淀粉炭黑s b r 复合材料的吸水性能 3 3 6 2 1 吸水率 图3 3 8 为填料总用量5 0 份时，不同炭黑淀粉比例的淀粉炭黑s b r 复合材料吸 水率对比图。由图看到，纯炭黑复合材料和淀粉炭黑的复合材料的吸水率均随着浸 泡时间的增加而增大；炭黑与淀粉并用后，复合材料的吸水率都随着淀粉含量的增 加而增加，变化趋势基本相同，说明在s b r 基体中存在的炭黑和淀粉都有一定的吸 水性，而淀粉的吸水性略高于炭黑的吸水性。不含淀粉的5 0 份炭黑s b r 复合材料在 浸水9 0 天后，吸水率为4 4 ，比纯s b r 硫化胶的吸水率2 5 高；淀粉用量为2 0 份，浸水9 0 天后，淀粉炭黑s b r 复合材料吸水率为7 5 左右，较相应不含炭黑的 淀粉橡胶复合材料( 吸水率8 5 ) 相比，吸水率下降。说明：炭黑与淀粉并用有利 于降低淀粉的吸水率。 7 l 北京化工大学硕士学位论文 罅 甜 簧 整 时问。天 图3 - 3 8 不同炭黑淀粉配比的淀粉炭黑s b r 复合材料的吸水率对比图 f i g 3 - 3 8t h ew a t e rs w e l l i n gc o m p a r i s o no fs t a i 屹b s b rw i t hd i f f e r e n tc b s t a r c hr a t i o s t a r c h c b ：1 1 4 # 0 5 0 p h r ：5 舟- 1 0 4 0p h r ：6 稃一2 0 3 0 p h r 3 3 6 2 2 吸水对淀粉炭黑s b r 复合材料静态力学性能的影响 时间天 图3 - 3 9 不同炭黑淀粉配比的淀粉炭黑s b r 复合材料3 0 0 定伸应力对比图 f i g 一3 3 9t h es t r e s sc 3 0 0 ) c o m p a r i s o no fs t a r c h c b s b g w i t hd i f f e r e n tc b s t a r c hr a t i o s t