摘要
近年来，橡胶材料在交通运输、农林水利、医疗卫生等领域发挥着愈加重要的作用。随着社会的快速发展，橡胶材料逐渐向高性能化、高功能化方向发展。单一橡胶的性能已经无法满足现代社会对高性能橡胶的需要，并用胶不但能结合不同橡胶的性能优势，还可以降低橡胶材料的生产成本。此外，在橡胶材料中添加具有优异性能的橡胶填料也是一种赋予橡胶优良性能的途径，但随着环保化和轻质化的要求，传统橡胶填料逐渐开始被性能优异的石墨烯及衍生物替代，但石墨烯与橡胶基质的相容性差，难以发挥其最佳的增强效果。因此，如何提高石墨烯在橡胶中的分散性，提高其与橡胶材料的界面相互作用具有重要研究意义。氧化石墨烯（GO）作为石墨烯的一种衍生物，具有与石墨烯相似的结构与性能，同时含有许多含氧官能团，通过含氧官能团功能化可以极大地改善其在橡胶材料中的分散性，增强其与橡胶基体间的相互作用。 首先，本文回顾了氧化石墨烯(GO)的功能化改性、并用胶胶种的选择及其对橡胶复合材料性能影响的研究现状，并分析了其未来发展前景。在此背景下，设计了三种不同的工艺技术，分别对GO进行功能化改性，制备得到三种不同结构的改性氧化石墨烯，将其应用在NR/SBR橡胶复合材料体系中，目的在于氧化石墨烯能均匀分散在橡胶复合材料中，从而实现高度增强。第一种方案是借助氢键作用和络合反应，在GO表面成功接枝上抗氧剂(TP)和稀土化合物，一步实现GO的还原和功能化过程，制得改性氧化石墨烯TS-G；第二种方案是在酯化反应的条件下，将纳米SiO2接枝在GO上，制得改性氧化石墨烯SiO2-GO；第三种方案是在静电相互作用下，使带正电的改性高岭土与带负电的GO通过静电作用，实现功能化改性，制备改性氧化石墨烯Kaolin@GO。最终，以NR/SBR体系为基体，分别填充上述制备的三种改性氧化石墨烯，并对三种改性氧化石墨烯影响NR/SBR橡胶复合材料性能的情况进行了系统的研究。 将TS-G与天然胶乳及丁苯胶乳进行机械共混，并将其作为母胶制备TS-G/NR/SBR橡胶复合材料。机械性能测定结果表明，TS-G填充量不断增加，其拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增后降的变化规律。当TS-G的添加量为0.8wt%时达到最佳，与NR/SBR相比，TS-G/NR/SBR复合材料拉伸强度和断裂伸长率分别提高了88.5%和38.8%；与同含量的RGO/NR/SBR复合材料相比，其分别提高了25%和12%。针对热氧老化性能测试，与RGO/NR/SBR复合材料相比，TS-G/NR/SBR复合材料的拉伸强度和断裂伸长率保持率也在TS-G含量为0.8wt%时达到峰值，分别提高4.4%和2.6%；同时，TS-G/NR/SBR复合材料的OIT达到8.1min,与RGO/NR/SBR橡胶复合材料相比提高了1.8min，说明TS-G对NR/SBR并用胶热氧老化性能的改善效果更佳。 将SiO2-GO与天然胶乳及丁苯胶乳进行机械共混，并将其作为母胶制备SiO2-GO/NR/SBR橡胶复合材料。机械性能测定结果表明，SiO2-GO填充量不断增加，其拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增后降的变化规律。当SiO2-GO的添加量为1.0wt%时达到最佳，与NR/SBR相比，SiO2-GO/NR/SBR复合材料拉伸强度和断裂伸长率分别提高了68.1%和33.2%；与同含量的SiO2/GO/NR/SBR复合材料相比，分别提高了40.6%和23.3%。针对热氧老化性能测试，结果表明当SiO2-GO的含量达到1.0wt%时，与SiO2/GO/NR/SBR体系相比，SiO2-GO/NR/SBR体系的拉伸强度保持率提高2.0%、断裂伸长率保持率提高2.2%；同时，SiO2-GO/NR/SBR复合材料的OIT达到6.4min,与SiO2/GO/NR/SBR橡胶复合材料相比提高了0.8min，说明SiO2-GO对NR/SBR并用胶热氧老化性能的改善效果更佳。 将KaoLin@GO与天然胶乳以及丁苯胶乳进行机械共混，并将其作为母胶制备KaoLin@GO/NR/SBR橡胶复合材料。机械性能测试结果表明，随KaoLin@GO填充量不断增加，其拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增后减的变化规律。当Kaolin@GO的添加量为1.0wt%时达到最佳，与NR/SBR相比，Kaolin@GO/NR/SBR复合材料拉伸强度和断裂伸长率分别提高了283%和20%；与同含量的KaoLin/GO/NR/SBR复合材料相比，分别提高了20%和4%。热性能测试结果表明，与NR/SBR复合材料相比，Kaolin@GO/NR/SBR复合材料的最大热降解温度Tmax提高了8℃。同时，800℃的固体残余率增加了10.9%。从上述结果可以看出，将Kaolin@GO填充进NR/SBR橡胶复合材料中，可以提高橡胶的热稳定性。
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