【摘 要】
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丁苯橡胶（SBR）具有弹性高、强度高、耐磨性好及绝缘性佳等优点,其应用范围涵盖轮胎、密封和输送带等领域。在轮胎使用中,保持胎面胶具有滚动阻力小,湿滑路面行驶稳定性高和耐磨性好是绿色轮胎必不可少的条件。为了满足这些条件,提出用白炭黑来代替传统炭黑。但是SBR与白炭黑极性差别明显,导致白炭黑在SBR中的分散性差,为了缩小SBR与白炭黑的极性差距,将环氧环引入到丁苯橡胶C=C上,不仅可以增加橡胶整体极性
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丁苯橡胶（SBR）具有弹性高、强度高、耐磨性好及绝缘性佳等优点,其应用范围涵盖轮胎、密封和输送带等领域。在轮胎使用中,保持胎面胶具有滚动阻力小,湿滑路面行驶稳定性高和耐磨性好是绿色轮胎必不可少的条件。为了满足这些条件,提出用白炭黑来代替传统炭黑。但是SBR与白炭黑极性差别明显,导致白炭黑在SBR中的分散性差,为了缩小SBR与白炭黑的极性差距,将环氧环引入到丁苯橡胶C=C上,不仅可以增加橡胶整体极性,环氧基还可以为后续的反应提供活性反应位点。除了提高其在轮胎中的使用性能外,可将带有环氧基的橡胶掺杂到环氧树脂（EP）中,在固化过程中,多元胺类固化剂可同时与橡胶中的环氧基和环氧树脂中的环氧基反应,进而增强橡胶与EP的相互作用,起到更好的增韧作用。本文共分为三个部分:环氧化丁苯橡胶（ESBR）的制备及工艺优化、ESBR的性能研究及ESBR-11增容白炭黑复合材料、环氧化丁苯胶乳增韧改性环氧树脂（EP）。使用原位生成的过氧甲酸（HCOOOH）对SBR胶乳进行环氧化反应,胶乳橡胶分子链上的活性乳化剂及后续加入的异构十三碳醇聚氧乙烯醚能够保证反应过程中胶乳稳定性。核磁共振氢谱（~1H NMR）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）测试结果表明,在橡胶分子链段中成功引入了环氧极性基团;热重分析仪（TGA）和差示扫描量热法（DSC）探究了橡胶改性前后的热稳定性;研究了不同实验工艺对ESBR环氧度的影响;通过Placket-Burman设计、最陡爬坡实验、Box-Behnken实验设计、响应面分析确定了ESBR的最佳合成工艺为:胶乳固含量20%、反应时间6 h、反应温度为55℃、反应比例为n（HCOOH）:n（H2O2）:n（C=C）=1.19:1.30:1时ESBR的环氧度可达到23.17%。合成三种不同环氧度橡胶（ESBR-8.6、ESBR-11、ESBR-16.8）,测试了硫化参数、机械性能、动态力学等性能。并通过扫描电子显微镜（SEM）观察ESBR硫化前、后白炭黑其中的分散情况。结果表明:环氧基的引入,降低了橡胶硫化时间T90。相比于SBR,在ESBR中白炭黑分散性更好,硫化后ESBR和白炭黑之间的相界面变得模糊表明白炭黑与ESBR的相容性得到改善。同时大幅度提高了材料的力学性能。将环氧度为11%的ESBR-11作为增容剂掺杂到SBR1502/白炭黑复合材料中,测试结果表明EBSR-11改善了白炭黑在SBR1502中的分散性,ESBR-11的加入提高了SBR1502与白炭黑之间的相容性,可以起到替代硅烷偶联剂作用。为了提高环氧树脂（EP）的韧性和抗裂性,在EP中添加带有环氧基的活性弹性体ESBR进行增韧改性。用万能力学测定仪和TGA分别测试了纯EP和EP/橡胶复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等力学性能和耐热性能。同时将ESBR与SBR、极性丁苯吡胶乳（VP）和羧基丁苯胶乳（XSBR）对EP的增韧效果进行对比。除此之外,也对比了ESBR不同的加入方式（直接加入ESBR胶乳和ESBR溶于CHCl3制成溶液后再加入）对EP力学性能的影响,并使用SEM观察冲击后样条的断裂面。结果显示:当ESBR-11添加量为8 phr时,其增韧效果最好,较纯EP提升了127%;加入量为2 phr时在提升其韧性的同时,也提高了其弯曲强度和拉伸强度;ESBR相比于VP、XSBR胶乳显示出更好的增韧效果。粒径分布测试结果表明,乳液中橡胶粒子以微米级的形态分散在EP中。将ESBR溶于CHCl3中的加入方式没有提高复合体系的力学性能。SEM观察到橡胶颗粒的分散相和EP刚性相的两相结构,ESBR在EP中分散性明显好于VP和XSBR。说明环氧基的引入明显改善了组分之间的相容性,并且ESBR的加入提升了EP的耐热稳定性。
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