中國(guó)研究人員開發(fā)高性能納米填料　有效增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料

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　　蓋世汽車訊　據(jù)外媒報(bào)道，在最近發(fā)表在《材料化學(xué)與物理》(Materials Chemistryl and Physics)雜志上的一項(xiàng)研究中，四川輕化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院(School of Materials Science and Engineering，Sichuan University of Science & Engineering)等機(jī)構(gòu)的研究人員提出，對(duì)SBR復(fù)合材料大范圍使用效率的評(píng)估表明，HCNFs@TiO2雜化材料可以作為一種新型功能添加劑，有效增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料。

　　(圖片來源：sciencedirect)

　　丁苯橡膠和填料

　　在世界范圍內(nèi)，由于過度開采和使用化石資源，人們對(duì)生態(tài)退化和燃料來源的擔(dān)憂與日俱增。汽車行業(yè)已逐漸將重心轉(zhuǎn)向降低能耗和碳排放。

　　丁苯橡膠具有優(yōu)異的耐油性和耐磨性，被廣泛應(yīng)用于制造輪胎、膠粘劑、管材、電纜等橡膠制品。在若干類型的丁苯橡膠中，丁苯橡膠1500E(簡(jiǎn)稱SBR)具有環(huán)保性，主要用于輪胎的胎面和胎側(cè)。胎面和胎側(cè)是輪胎中受紫外線影響的主要區(qū)域。長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致輪胎老化，使汽車的燃油量增加，同時(shí)縮短輪胎的使用壽命。

　　有許多創(chuàng)新添加劑，如碳材料(石墨烯納米顆粒、單壁或多壁碳納米管)、化學(xué)紫外線穩(wěn)定劑(羥基苯基化合物、苯并三唑類)和金屬氧化物(TiO2和CeO2)，被加入基質(zhì)材料中，以充分減少汽車燃油量，并提高橡膠輪胎的耐久性。

　　由于產(chǎn)生的電子和空穴的絡(luò)合頻率(complexation frequency)增加，金紅石型二氧化鈦被認(rèn)為具有比銳鈦礦型二氧化鈦更穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，以用于吸收紫外光的應(yīng)用。然而，由于其直徑細(xì)小、能量相對(duì)較高及動(dòng)態(tài)熱力學(xué)條件，使TiO2納米顆粒分散在橡膠基質(zhì)中，是典型的挑戰(zhàn)。

　　TiO2納米顆粒的表面改性

　　改變TiO2納米顆粒的表面形態(tài)，是近年來廣泛采用的一種在聚合物中提高TiO2納米顆粒分散度的方法。在以前的工作中，人們使用聚鄰苯二酚/多胺(PCPA)和甲基丙烯酸3三甲氧基硅丙酯(KH570)對(duì)TiO2納米顆粒進(jìn)行改性，以提高其拉伸、電磁和機(jī)電性能。

　　另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)TiO2納米顆粒進(jìn)行表面處理，可以使TiO2納米顆粒在硅橡膠(SiR)(3-氨基丙基三乙氧基硅烷，KH550)中具有良好的分散性，以及更好的抗紫外線輻射老化性能。然而，對(duì)TiO2的表面處理，忽略了添加劑與膠乳聚合網(wǎng)狀物之間的順應(yīng)性和界面接觸。TiO2的分布可以提高和改善復(fù)合材料的抗紫外線性能，尤其是用作橡膠填充材料時(shí)，盡管其對(duì)材料的力學(xué)性能影響很小。因此，人們迫切需要新的策略來克服這一劣勢(shì)。

　　螺旋納米纖維增強(qiáng)TiO2

　　以前的研究表明，螺旋碳納米纖維(HCNFs)是一種具有獨(dú)特螺旋形狀的新型碳材料，具有與碳納米管和石墨烯相同的增強(qiáng)彈性體性能。在本項(xiàng)研究中，以鈦酸丁酯(TBOT)為鈦源，采用直接原位技術(shù)制備了HCNFs@TiO2雜化材料。

　　采用共價(jià)鍵合和原位方法，將TiO2納米顆粒(19 Nm)連接到螺旋碳納米纖維(HCNFs)的表面。將所制得的HCNFs@TiO2雜化材料用于熔融共混強(qiáng)化丁苯橡膠1500E(SBR)。這是為了結(jié)合HCNFs和TiO2的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)SBR材料的拉伸和抗紫外線老化特性。因此，這篇論文中的研究旨在提供一種新的技術(shù)途徑，以制備具有良好綜合性能的SBR/HCNFs@TiO2復(fù)合材料。

　　主要發(fā)現(xiàn)

　　在本項(xiàng)工作中，將原位生長(zhǎng)HCNFs@TiO2復(fù)合材料，用作SBR復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。一系列表征表明，共價(jià)鍵在HCNFs和TiO2納米顆粒之間產(chǎn)生了顯著的界面接觸。

　　HCNFs@TiO2雜化材料在SBR材料中的高度分布，提高了SBR雜化材料的交聯(lián)度、膠粘橡膠百分率和整體拉伸性能。與SBR/CB(對(duì)照)相比，SBR/C@Ti-3(3 phr HCNFs@TiO2)復(fù)合材料的最終拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別提高了15.0%和25.1%。

　　SBR/C@Ti-3復(fù)合材料具有較大的濕滑特性，滾動(dòng)阻力較小。此外，SBR/HCNFs@TiO2雜化材料，在抗紫外線老化方面優(yōu)于SBR/CB材料，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別是SBR/CB材料的1.9倍和3.3倍。

　　這項(xiàng)研究表明提高TiO2納米顆粒分散度的創(chuàng)新方法，并探討在高性能輪胎中使用多用途復(fù)合材料添加劑。