石墨烯在轮胎胎面胶中的应用研究

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1、工程硕士学位论文石墨烯在轮胎胎面胶中的应用研究作者姓名刘恒学位类别工程硕士校内指导教师郭宝春教授校外指导教师聂秋海教授级高工所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年1月10日ApplicationofGrapheneinTireTreadsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuHengSupervisor：Prof.GuoBaochunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ学校代号：10561

2、学号：201521016116华南理工大学硕士学位论文石墨烯在轮胎胎面胶中的应用研究作者姓名：刘恒指导教师姓名、职称：郭宝春教授申请学位级别：工程硕士学科专业名称：材料工程论文形式：产品研发工程设√应用研究工程/项目管理调研报告研究方向：材料工程论文提交日期：2018年1月10日论文答辩日期：2018年3月19日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：罗远芳委员：郭宝春何慧陈勇军杨波摘要随着低碳环保理念的日益延伸，“绿色轮胎”的研究和开发备受关注。作为轮胎整体结构中与地面直接接触的部分——胎面对轮胎的整体性能起

3、到至关重要的作用。近年来，利用新型碳基纳米材料石墨烯优异的物理化学性能，已有相关研究将其应用于制备高性能轮胎胎面复合材料。目前轿车轮胎多采用溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶为基础橡胶，因此之前报道的胶乳复合制备法并不适合这些橡胶与石墨烯的复合，也无法用于轮胎的实际生产。因此，寻求一种加工工艺简单，满足工业化生产要求且能保证石墨烯在基体中均匀分散的加工方法用于制备高性能石墨烯胎面复合材料具有重要的研究价值和广阔的应用前景。在本研究中，我们采用三种不同的氧化石墨烯（GO）改性方法，用于制备石墨烯胎面胶，改善胎面胶动态性能且加工过程简单，符合工业化生产条

4、件。利用有机小分子(TA)对GO进行插层，成功制备出TA插层的GO（TxG）。随后在胎面胶共混制备过程中直接添加TxG，同时添加罗丹宁（Rd）对GO进行还原和修饰，制备了石墨烯胎面胶复合材料。结果表明，通过机械共混法添加的TxG能在基体中均匀分散。而进一步添加Rd对GO进行原位还原和修饰能有效提高填料-基体间的界面相互作用。因此，胎面胶的拉伸强度、撕裂强度和模量均有不同程度的提升。更为重要的是，添加3phrT1G后，胎面胶的60ºC损耗因子（tanδ）降低12.8%，0ºCtanδ提高17.8%，有效的降低胎面胶滚动阻力的同时，改善了其抗

5、湿滑性能。采用淤浆复合法，将高浓度的GO淤浆直接与胎面胶进行复合制备了石墨烯胎面胶。由于密炼过程的高温作用下，水的沸腾气化扩大GO的层间距，有效促进GO在橡胶基体中的剥离分散。首先通过“淤浆法”在基础配方中添加GO，添加3phrGO时，300%定伸应力提高107%；60ºCtanδ降低18.2%，0ºCtanδ提高6.3%，有效降低滚动阻力同时改善抗湿滑性能。通过“淤浆法”在胎面胶配方中添加GO，所制备胎面胶复合材料的拉伸强度、撕裂强度和模量均有不同程度的提升。其中，添加1phrGO的胎面胶样品的压缩生热性能得到改善，疲劳温升降低7.2%

6、；阿克隆磨耗体积降低11.6%，耐磨性能提高；60ºCtanδ降低6.3%，0ºCtanδ提高8.0%，降低了胎面胶的滚动阻力并改善抗湿滑性能。利用茶多酚(TPs)还原修饰GO，制备茶多酚修饰的石墨烯（TPG）水分散液，并通过胶乳共混法制备丁苯橡胶（SBR）/TPG母料。采用机械共混法将该母料与胎面胶复合，制备石墨烯胎面胶复合材料。结果表明，添加TPG后，胎面胶的拉伸强度和模量、I撕裂强度和硬度都有明显提升；动态性能也明显改善。添加2phrTPG，滚动阻力稍有降低，压缩疲劳性能稍有改善，阿克隆磨耗体积降低14%，抗湿滑性能有效提高（0ºC

7、tanδ增加46%），表明这一方法可以有效制备耐磨性好、安全性高的胎面胶。关键词：石墨烯；胎面胶；机械共混；动态性能IIAbstractAstheconceptsoflow-carbonlifeandenvironmentalprotectionhaveenjoyedpopularsupport,theresearchabout“greentire”isunderthespotlightofthescienceandtechnologycommunity.Asthepartthatdirectlycontactswithroadsurfa

8、ce,tiretreadmakesthelargestcontributiontotheoverallperformanceofthetyre.Recently,byvirtueofitsfa