钢渣微粉改性丁苯橡胶复合材料的分子动力学模拟及阻燃特性分析

摘要

钢渣微粉（SSP）部分替代炭黑制备钢渣微粉–炭黑/丁苯橡胶复合材料（SSP–CB/SBR）是有效提高SSP高附加值利用的有效方式. SSP–CB/SBR的相容性是多组分材料复合的基础.本研究采用分子动力学建立钢渣微粉–丁苯橡胶界面模型以验证二者的界面相容性，并进一步设计实验分析了不同细度的SSP对SSP–CB/SBR的力学和阻燃性能的影响，弥补了分子模拟的不足.研究结果表明，SSP的硅酸二钙（C2S）和硅酸三钙（C3S）组分能够与丁苯橡胶（SBR）界面有效相容，其温度–能量波动较小并达到平衡，径向分布函数与相互作用能计算显示C2S、C3S与SBR共混其分子聚集效应更为显著，间距缩小到18?，结合作用更强.将SSP的粒度控制在600目时，SSP–CB/SBR的抗拉强度显著提高，达到16.91 MPa，与不含SSP的样品相比提升了17.19%.在SBR体系中掺杂SSP可以有效提高SSP–CB/SBR的阻燃性能，其氧指数都有一定的提高.微观形貌与热稳定性分析表明，控制掺入SSP为600目时，制备的SSP–CB/SBR质地均匀，燃烧后碳层致密. SSP有效迟滞了SSP–CB/SBR热分解的温度，提高了燃烧的稳定性，进而揭示了其阻燃机理.

关键词

钢渣微粉–炭黑/丁苯橡胶复合材料 / 分子动力学 / 界面模型 / 抗拉强度 / 阻燃机理

基金资助

国家自然科学基金区域联合重点资助项目（U23A20605）; 中国宝武低碳冶金创新基金资助项目（BWLCF-202202）; 冶金过程节能与污染物控制安徽省教育厅工程技术研究中心开放基金课题资助项目（GKF22-4）; 安徽省国家级大学生创新创业训练计划资助项目（202310360047）