二氧化硅在天然橡胶中的应用

橡胶材料因其具有高弹性、耐磨性、绝缘性、质轻和加工方便等优点，被广泛用于交通、机械、电子、国防和国民经济的其它领域。随着社会进步和科学技术的发展，人们对橡胶各项性能指标的要求也越来越高。在已有材料基础上，经过适当处理来提升橡胶的各项性能指标是较为合理的方法之一。基于此思想，本次主要从两方面开展了研究工作。

一是针对天然橡胶用补强填料二氧化硅的表面能高，与橡胶的相容性差，在混炼过程中很难均匀分散于橡胶基体中，从而导致填料对天然橡胶的补强作用有限的问题，采用表面接枝对二氧化硅进行表面改性处理，改善其在橡胶基体中的分散及与橡胶基体的相容性。

研究了接枝改性前后的补强填料对橡胶材料整体性能的影响，主要分三个部分进行了研究。

 (1)二氧化硅表面改性及其在天然橡胶中的补强效应研究

针对二氧化硅表面含氧官能团少，直接进行表面改性效果较差的问题，通过液相氧化增加二氧化硅表面含氧官能团后，再与聚乙二醇400进行接枝反应，并研究了不同条件对二氧化硅表面接枝改性的影响。在二氧化硅表面引入长链有机基团，从而降低了二氧化硅表面内聚能，增加了二氧化硅表面空间位阻。将接枝改性二氧化硅应用于补强天然橡胶，并与未改性二氧化硅进行比较的结果表明：接枝改性二氧化硅加入有利于提升天然橡胶的综合性能。

(2)二氧化硅表面改性及其在天然橡胶中的补强效应研究

针对二氧化硅表面硅羟基较多，改性反应较易进行的特点，通过在混炼阶段直接加入改性剂对二氧化硅进行固相原位接枝改性，研究了不同改性条件对二氧化硅原位接枝改性的影响。将原位接枝改性二氧化硅应用于补强天然橡胶，并与未改性二氧化硅进行比较的结果表明：原位接枝改性二氧化硅加入有利于提升天然橡胶的综合性能。针对改性的影响条件较多的问题，对各种改性条件进行了正交试验，极差分析的结果与单因素分析结果一致。

(3)对二氧化硅填充天然橡胶进行了应变软化和Payne效应研究

研究了二氧化硅补强天然橡胶的应变软化和补强机理。结果表明：在低填料填充量时，应变软化机理主要为分子链脱落与滑移；而在高填料填充量时，应变软化机理中聚集体破裂机理开始占主要因素。

二是针对二氧化硅改性虽对天然橡胶的强度、耐磨性等性能提升较大，但对天然橡胶的屈挠性能提升不够；二氧化硅改性虽对天然橡胶的屈挠性能提升较大，但对天然橡胶的补强较弱的问题，通过在天然橡胶中并用部分反式天然橡胶与二氧化硅并用填充等手段来提升胶料的综合性能。

研究了不同TPI并用量、不同硫化条件和不同二氧化硅并用比对胶料综合性能的影响。并将综合性能较好的配方用于弹性球铰的制备，研究了填料原位接枝改性、TPI与NR并用等方法对胶料应用性能的影响。研究结果表明：填充原位接枝改性的二氧化硅并用，天然橡胶中并用10份TPI的橡胶球铰径向静刚度、轴向静刚度和疲劳寿命都得到了提升。