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青島科大《Compos Part A》：高性能大型載重輪胎材料獲進展！

2021-05-10 10:39:53 作者：材料科學與工程來源：青島科技大學分享至：

隨著采礦運輸業的迅速發展，對大型載重輪胎的性能要求越來越高。惡劣的工作環境會導致大型載重輪胎產生熱量積累、磨損嚴重、膠料開裂及脫層等問題，從而導致影響使用壽命，也會造成環境污染及資源消耗等問題。因此，開發低生熱及滾動阻力、高耐磨性及耐疲勞性的載重輪胎胎面膠料具有重要意義。

目前，大型載重輪胎的胎面膠主要是以天然橡膠和丁苯橡膠為主體材料，具有出色的耐磨性、硬度及回彈力。然而，NR / ESBR并用膠存在生熱大，滾動阻高和耐疲勞性差等問題，嚴重影響了制品使用壽命。

青島科技大學賀愛華教授團隊開展了NR/ESBR納米復合材料的填料網絡結構及聚合物交聯網絡結構的調控研究，并重點研究復合材料結構對硫化膠生熱、滾動阻力、耐磨性及耐疲勞性的影響。該研究成果近日以（Influences of crosslinkable crystalline copolymer on the polymer network and filler dispersion of NR/ESBR/CB nanocomposites為題，發表在復合材料期刊Composites Part A上。該論文通訊作者為青島科技大學高分子學院賀愛華教授、張新萍博士，青島科技大學高分子學院為本文的第一單位。該研究工作得到了山東省重大基礎研究項目以及泰山學者工程的資助。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X20304310

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研究發現，添加高反式丁戊共聚橡膠TBIR可以增加NR / ESBR的交聯密度，從而減少大分子之間的內部摩擦（圖1）。

圖1.微觀結構圖示：a） NR/ESBR硫化膠， b） NR/ESBR/TBIR硫化膠

此外，隨著TBIR份數增加，NR/ESBR/TBIR并用膠的基體模量增強，有助于抑制室溫靜置過程和高溫硫化過程中的填料聚集，從而改善填料分散性和聚合物-填料-相互作用。此外，TBIR結晶結構在抑制裂紋擴展方面發揮重要作用。因此，加入TBIR的橡膠復合材料可改善橡膠的聚合網絡和填料網絡，有助于提高耐磨性，減少生熱及滾動阻力，并延長疲勞壽命。

圖2.NR/ESBR/TBIR硫化膠的動態性能： a）滾動阻力， b）拉伸疲勞， c）生熱， d）磨耗

進一步研究表明，在保持基礎力學性能基本不變的基礎上，所得橡膠納米復合材料具有優異的綜合性能，例如滾阻降低11%，生熱降低8%，耐磨性提升8%，耐疲勞性提升130%（圖2）。本研究提出的方法為橡膠納米復合材料內部的聚集態結構及填料結構調控提供了有效和簡便的方法，且在開發高性能綠色載重輪胎材料方面顯示出較大的潛力。

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