为了解决白炭黑在橡胶基体中的难分散、不稳定和相容性差等难题，克服橡胶表面改性存在的种种弊端，本文采用Si69原位改性白炭黑增强天然橡胶，并通过红外、热重、元素分析仪和橡胶加工分析仪等对原位反应的过程和机理进行系统的探讨，提出了可能的反应模型。同时对材料的化学结构、微观形态以及结构与性能之间的关系进行了研究。DSC实验显示，Si69和NR的混合物在140～175℃之间出现了明显的放热峰，同时硫化仪的150℃扭矩图显示混合物出现了硫化过程典型的反应期，扭矩先上升并趋于平缓，这是因为Si69的碳硫键发生断裂，形成了活泼自由基参与橡胶分子链的双键进行交联反应；FTIR图谱显示，白炭黑和偶联剂原位反应产物出现了来自于Si69的碳氢键有机峰，ARES分析显示加入Si69的白炭黑填充胶Payne效应减弱，说明白炭黑的硅醇基和硅烷的乙氧基发生了化学反应，使得白炭黑在橡胶基体中的网络化程度低，对加工有力；综合TGA和ATR分析发现，Si69可以通过化学键将白炭黑和天然橡胶接枝在一起，起到桥接作用。在此实验基础上，提出了原位改性反应较为合理的反应模型。通过结合橡胶、Kraus曲线分析、SEM和AFM等实验研究了聚合物和填料之间的相互作用。原位改性后，结合橡胶的含量明显提高；Kraus曲线显示，原位改性后的填料和聚合物之间相互作用力明显增强；SEM图像显示，原位改性的白炭黑以纳米级别均匀分散在橡胶基体中；从AFM图中可以看到白炭黑分散粒径均为39nm左右。这些实验都说明，原位改性反应改变了白炭黑表面的特性，改善了其与烃类橡胶的相容性，使白炭黑在橡胶基体中分散得更均匀、更稳定，从而达到提高硫化胶性能的目的。通过NMR法分析高温混炼胶和硫化胶的交联密度，并和平衡溶胀法进行比较。发现Si69的增加，混炼胶和硫化胶的交联密度都线性增加，横向弛豫时间和纵向弛豫时间也都逐渐下降，也说明了原位反应在高温混炼阶段就发生了。常规机械性能显示，改性剂用量为4份的硫化胶的拉伸强度提高56%，300%定伸应力提高也104%，撕裂强度也大幅提高。通过DMTA分析硫化胶的动态性能，发现硫化胶的玻璃化温度提高，50～80℃损耗因子变小，这一特点可以使制品的常温滞后增大，滚动阻力降低，从而在轮胎和减震器上得到应用。通过本论文研究发现，Si69原位改性白炭黑增强橡胶后，材料的结构发生了化学改变，白炭黑和橡胶之间的相互作用力增强了，填料的分散性、硫化胶的静态和动态性能都得到了很好的改善。