新型碳填料填充丁苯橡胶及其共混物的结构与性能研究

The study on thermal conductivity of styrene-butadiene rubber (SBR) and its blends is critical and desirable for the development of high performance tires and to strengthen the international core competency of domestic tires. The modification of SBR by novel carbon fillers such as graphene and carbon nanotubes should be of great potential in improving the thermal conductivity and mechanical properties of rubbers for tire tread. This project aims to explore the relationships among composition, structure, thermal conductivity and dynamic mechanical properties of novel carbon filler modified SBR and its blends for developing highly thermally conductive rubbers for tires. The controllable preparation and modification of novel carbon fillers, the preparation methods of SBR and its blends, the effects of novel carbon fillers on the structure and properties of SBR vulcanizates, the influencing factors and controlling methods of thermal conductivity of SBR vulcanizates, and the establishment of thermal conductivity models by finite element method (FEM) will be studied. The application properties of novel carbon filler modified SBR and its blends for high performance tire tread will be studied. The innovation points of this project are especially embodied in the studies on the relationships among the structure, thermal conductivity, and dynamic mechanical properties of novel carbon filler modified SBR and its blends, on the methods of controlling the orientation of fillers in SBR and its blends, the thermally conductive models by FEM, and the exploration of thermal conductivity mechanisms.

丁苯橡胶及其共混物导热的研究对于开发高性能轮胎和提升国产轮胎国际竞争力具有迫切性和关键性。石墨烯、碳纳米管等新型碳填料填充改性丁苯橡胶，可望在提高轮胎胎面胶导热性能和力学性能方面发挥巨大作用。本项目将从开发高导热性橡胶的角度出发，针对新型碳填料填充丁苯橡胶及其共混物中组成、结构与导热性能、动态力学性能的关系等关键科学问题，系统地研究新型碳填料的可控制备与改性、填充丁苯橡胶及其共混物的制备方法，研究新型碳填料对于硫化胶结构与性能的影响、硫化胶导热性能的影响因素及控制方法，探讨用有限元分析方法建立导热模型，并在此基础上开展新型碳填料填充的丁苯橡胶及其共混物实际应用于高性能轮胎胎面胶的使用性能研究。其中，研究新型碳填料填充的丁苯橡胶及其共混物的结构与导热性能和动态力学性能的关系，研究填料在丁苯橡胶及其共混物中的取向调控方法，建立基于有限元方法的导热模型，以及探索导热机理等方面具有创新性。

本项目研究了石墨烯和碳纳米管等填料对丁苯橡胶（SBR）混炼胶及硫化胶结构和性能的影响，对于开发高性能轮胎用胎面胶、气密层以及其它橡胶制品有理论意义和应用价值。研制了多种新型碳填料，研究了其橡胶复合材料的组成和结构对其力学、导热、动态力学、介电性能和流变行为的影响，并探索了复合材料应用于轮胎用橡胶的可行性。.研究了石墨烯对橡胶结构和性能的影响。研究了十八烷基胺改性的石墨烯对于橡胶的气体阻隔性、热稳定性和力学性能的影响，探讨了工业化制备石墨烯改性橡胶的可行性。研究了无机纳米粒子改性石墨烯及其对橡胶的导热、力学和介电性能的影响，提出了介孔二氧化硅/石墨烯和纳米氟化钙/石墨烯等新型杂化填料的制备方法，并研究了填料组成、结构和形貌对橡胶的导热、力学和介电性能的影响，达到了提高导热系数和改善力学性能的目的。合成了与石墨烯有强相互作用的新型有机硅嵌段共聚物，达到了增强和增韧以及调控介电性能的目的。.研究了SBR/反式聚异戊二烯(TPI)共混物结构和性能的关系，探讨了TPI调节SBR性能的作用，研究了碳纳米管对于共混物结构和性能的影响。研究了氧化镁和液体橡胶对于碳纳米管/SBR复合材料的力学和动态力学性能以及流变行为的调控作用，分析了碳纳米管提高复合材料的导热系数和耐疲劳性能的效果，探讨了填料取向对导热性能的影响。通过改变加工工艺和添加硫化助剂达到了调控SBR/TPI共混物中TPI结晶度的目的。在白炭黑填充SBR/TPI硫化胶中加入硅烷偶联剂，达到了调控形态结构，改善耐磨耗性能和耐疲劳性能的目的。合成了新型嵌段聚合物，研究了复合材料的结构和性能。研究了新型碳填料填充橡胶的导热、力学和动态力学性能的影响因素和调节方法。本研究成果对于研制新型碳填料及其橡胶复合材料和了解其结构与性能的关系有理论意义，对于开发高性能轮胎和功能橡胶制品有实际价值。.