青科大賀愛華教授團隊《Compos. Part A》：揭示反式橡膠鏈序結構對橡膠納米復合材料動態性能的貢獻
2023-07-20 來源：高分子科技
具有優異動態性能（高抗疲勞、低磨耗、低滾動阻力）的橡膠納米復合材料由于涉及制品的安全性、環保性及長服役壽命等一直是人們關注的熱點。研究證明，在橡膠基體內引入結晶聚合物對橡膠納米復合材料綜合性能影響較大，且結晶聚合物與橡膠材料的相容性、結晶結構的尺寸、結晶結構與橡膠基體的相互作用均對復合材料的動態性能產生較大影響。因此，發展結晶性新型合成橡膠材料，通過調控橡膠晶體結構對橡膠納米復合材料進行改性具有重大意義。
圖1.原始TBIR共聚物的1H-NMR譜(A)、DSC曲線(B)、熔點Tm和結晶度Xc (C)、餾分分布(D)
研究發現，當10份的TBIR與NR共混時，不同鏈序結構的TBIR對最終NR/TBIR復合材料動態性能的影響明顯不同。TPI段較長的TBIR共聚物(如TBIR-1、TBIR-2、TBIR-3)對NR基復合材料的疲勞性能有較好的改善作用。因為結晶性TPI嵌段在NR基體中可形成有序的結晶相疇，使橡膠基體具有較高的強度和模量，從而抑制填料團聚，改善填料分散，且TPI片層堆疊可以抑制裂紋擴展，誘導裂紋分支，降低能量耗散。同時發現，與含有中等結晶度TBIR-1 (結晶度9.4%)的NR/TBIR-1 硫化膠相比，含有低結晶度(結晶度4.1%) TBIR-3 的NR/TBIR-3硫化膠呈現了優異的綜合性能 (伸張疲勞壽命提高51%，滾阻降低6%，耐磨性提高6%，撕裂強度基本不變)。（圖2）。因為NR/TBIR-3硫化膠中構筑了更均勻的聚合物三元網絡結構 (硫交聯鍵、氫鍵和納米尺度的聚合物片晶堆疊結構) ，賦予復合材料優異的動態力學性能和綜合性能。參與硫化交聯TBIR-3在NR復合材料中可形成納米級片晶結構，不僅提高硫化膠基體的強度和模量，改善填料分散性，而且NR與TBIR-3之間共硫化交聯顯著提高了片晶與NR基體的相互作用，使其抗疲勞性能大大提高，同時片晶結構也能阻止裂紋的擴展并誘導裂紋支化，從而耗散能量，提高疲勞性能。本研究致力于構筑高性能橡膠復合材料理想的聚合物網絡結構，探究影響橡膠復合材料動態性能的關鍵因素。
圖2.TBIR單體序列結構分布與力學性能的關系
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107462
個人鏈接：https://gfz.qust.edu.cn/info/1273/5720.htm（歡迎加入）
賀愛華課題組長期招收推免直博生，碩、博士研究生和博士后等；研究方向包括Ziegler-Natta催化劑及其催化機理研究，新型合成橡膠材料，高性能聚烯烴材料，橡膠納米復合材料及高性能橡膠等。歡迎對相關研究方向感興趣的同學/博士/學者郵件聯系：aihuahe@iccas.ac.cn。
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（責任編輯：xu）
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