中国研究人员开发高性能纳米填料　有效增强橡胶复合材料

据国外媒体报道，在最近发表在《材料化学与物理》杂志上的一项研究中，四川轻化工大学(四川理工学院)材料科学与工程学院等机构提出，对SBR复合材料大规模使用效率的评估表明，HCNFs@TiO2杂化材料可以作为一种新的功能添加剂，有效增强橡胶复合材料。

(来源:sciencedirect)

丁苯橡胶和填料

在世界范围内，由于过度开采和使用化石资源，人们越来越担心生态退化和燃料来源。汽车行业逐渐将重心转移到降低能耗和碳排放上。

丁苯橡胶具有优异的耐油性和耐磨性，广泛用于制造轮胎、胶粘剂、管道、电缆等橡胶制品。在几种类型的丁苯橡胶中，丁苯橡胶1500E(简称SBR)环保，主要用于轮胎胎面和胎侧。胎面和胎侧是轮胎中受紫外线影响的主要区域。长期使用会导致轮胎老化，增加汽车油耗，缩短轮胎使用寿命。

许多创新的添加剂，如碳材料(石墨烯纳米颗粒，单壁或多壁碳纳米管)，化学紫外线稳定剂(羟基苯基化合物，苯并三唑)和金属氧化物(TiO2 _ 2和CeO2 _ 2)，都被添加到基质材料中，以充分减少汽车燃料的用量，提高橡胶轮胎的耐久性。

由于产生的电子和空穴的络合频率增加，金红石型二氧化钛被认为具有比锐钛矿型二氧化钛更稳定的晶体结构，从而用于吸收紫外光。然而，由于其小直径、相对高的能量和动态热力学条件，将TiO2纳米粒子分散在橡胶基质中是典型的挑战。

二氧化钛纳米粒子的表面改性

改变二氧化钛纳米粒子的表面形态是近年来广泛使用的改善二氧化钛纳米粒子在聚合物中分散的方法。在以前的工作中，人们使用邻苯二酚/多胺(PCPA)和甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯(KH570)来修饰二氧化钛纳米粒子，以改善其拉伸、电磁和机电性能。

另一项研究发现，用硅烷偶联剂对二氧化钛纳米粒子进行表面处理，可以使二氧化钛纳米粒子在硅橡胶(SiR)(3-氨丙基三乙氧基硅烷，KH550)中具有良好的分散性，具有更好的抗紫外线辐射老化性能。然而，TiO2的表面处理忽略了添加剂和胶乳聚合物网络之间的顺应性和界面接触。TiO2的分布可以提高复合材料的抗紫外线性能，特别是用作橡胶填料时，虽然对材料的力学性能影响不大。因此，人们迫切需要新的策略来克服这一劣势。

螺旋纳米纤维增强二氧化钛

以往的研究表明，螺旋碳纳米纤维(HCNFs)是一种具有独特螺旋形状的新型碳材料，具有与碳纳米管和石墨烯相同的增强弹性体性能。本研究以钛酸丁酯(TBOT)为钛源，采用直接原位技术制备了HCNFs@TiO2杂化材料。

通过共价键和原位法将TiO2纳米粒子(19 Nm)附着在螺旋碳纳米纤维表面。将制备的HCNFs@TiO2杂化材料用于熔融共混增强丁苯橡胶(SBR) 1500 E，这是为了结合HCNFs和TiO2的优点，增强SBR材料的拉伸和抗紫外老化特性。因此，本文的研究旨在为制备综合性能良好的SBR/HCNFs@TiO2复合材料提供一种新的技术途径。

主要发现

在本工作中，原位生长的HCNFs @ TiO2 _ 2复合材料将作为丁苯橡胶复合材料的增强材料。一系列表征表明共价键在HCNFs和TiO2纳米粒子之间产生了显著的界面接触。

HCNFs@TiO2杂化材料在SBR材料中的高分布提高了SBR杂化材料的交联度、粘合胶率和整体拉伸性能。与SBR/CB(对照)相比，SBR/C@Ti-3(3份HCNFs@TiO2)复合材料的极限拉伸强度和断裂伸长率分别提高了15.0%和25.1%。

SBR/C@Ti-3 com……场地湿滑，滚动阻力低。此外，SBR/HCNFs@TiO2杂化材料的耐紫外老化性能优于SBR/CB材料，拉伸强度和断裂伸长率分别是SBR/CB材料的1.9倍和3.3倍。

这项研究展示了一种提高二氧化钛纳米颗粒分散性的创新方法，并讨论了多用途复合添加剂在高性能轮胎中的使用。

1据国外媒体报道，在最近发表在《材料化学与物理》杂志上的一项研究中，四川轻化工大学(四川理工学院)材料科学与工程学院等机构提出，对SBR复合材料大规模使用效率的评估表明，HCNFs@TiO2杂化材料可以作为一种新的功能添加剂，有效增强橡胶复合材料。

(来源:sciencedirect)

丁苯橡胶和填料

在世界范围内，由于过度开采和使用化石资源，人们越来越担心生态退化和燃料来源。汽车行业逐渐将重心转移到降低能耗和碳排放上。

丁苯橡胶具有优异的耐油性和耐磨性，广泛用于制造轮胎、胶粘剂、管道、电缆等橡胶制品。在几种类型的丁苯橡胶中，丁苯橡胶1500E(简称SBR)环保，主要用于轮胎胎面和胎侧。胎面和胎侧是轮胎中受紫外线影响的主要区域。长期使用会导致轮胎老化，增加汽车油耗，缩短轮胎使用寿命。

许多创新的添加剂，如碳材料(石墨烯纳米颗粒，单壁或多壁碳纳米管)，化学紫外线稳定剂(羟基苯基化合物，苯并三唑)和金属氧化物(TiO2 _ 2和CeO2 _ 2)，都被添加到基质材料中，以充分减少汽车燃料的用量，提高橡胶轮胎的耐久性。

由于产生的电子和空穴的络合频率增加，金红石型二氧化钛被认为具有比锐钛矿型二氧化钛更稳定的晶体结构，从而用于吸收紫外光。然而，由于其小直径、相对高的能量和动态热力学条件，将TiO2纳米粒子分散在橡胶基质中是典型的挑战。

二氧化钛纳米粒子的表面改性

改变二氧化钛纳米粒子的表面形态是近年来广泛使用的改善二氧化钛纳米粒子在聚合物中分散的方法。在以前的工作中，人们使用邻苯二酚/多胺(PCPA)和甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯(KH570)来修饰二氧化钛纳米粒子，以改善其拉伸、电磁和机电性能。

另一项研究发现，用硅烷偶联剂对二氧化钛纳米粒子进行表面处理，可以使二氧化钛纳米粒子在硅橡胶(SiR)(3-氨丙基三乙氧基硅烷，KH550)中具有良好的分散性，具有更好的抗紫外线辐射老化性能。然而，TiO2的表面处理忽略了添加剂和胶乳聚合物网络之间的顺应性和界面接触。TiO2的分布可以提高复合材料的抗紫外线性能，特别是用作橡胶填料时，虽然对材料的力学性能影响不大。因此，人们迫切需要新的策略来克服这一劣势。

螺旋纳米纤维增强二氧化钛

以往的研究表明，螺旋碳纳米纤维(HCNFs)是一种具有独特螺旋形状的新型碳材料，具有与碳纳米管和石墨烯相同的增强弹性体性能。本研究以钛酸丁酯(TBOT)为钛源，采用直接原位技术制备了HCNFs@TiO2杂化材料。

通过共价键和原位法将TiO2纳米粒子(19 Nm)附着在螺旋碳纳米纤维表面。将制备的HCNFs@TiO2杂化材料用于熔融共混增强丁苯橡胶(SBR) 1500 E，这是为了结合HCNFs和TiO2的优点，增强SBR材料的拉伸和抗紫外老化特性。因此，本文的研究旨在为制备综合性能良好的SBR/HCNFs@TiO2复合材料提供一种新的技术途径。

主要发现

在这项工作中，将使用原位生长的HCNFs@TiO2 _ 2复合材料……丁苯橡胶复合材料的增强材料。一系列表征表明共价键在HCNFs和TiO2纳米粒子之间产生了显著的界面接触。

HCNFs@TiO2杂化材料在SBR材料中的高分布提高了SBR杂化材料的交联度、粘合胶率和整体拉伸性能。与SBR/CB(对照)相比，SBR/C@Ti-3(3份HCNFs@TiO2)复合材料的极限拉伸强度和断裂伸长率分别提高了15.0%和25.1%。

SBR/C@Ti-3复合材料具有良好的湿滑特性和较低的滚动阻力。此外，SBR/HCNFs@TiO2杂化材料的耐紫外老化性能优于SBR/CB材料，拉伸强度和断裂伸长率分别是SBR/CB材料的1.9倍和3.3倍。

这项研究展示了一种提高二氧化钛纳米颗粒分散性的创新方法，并讨论了多用途复合添加剂在高性能轮胎中的使用。

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