橡胶材料中微观缺陷的成因分析及改进

摘要

橡胶材料在动态使用条件下一旦发生疲劳破坏极易造成安全事故。材料内部的微观缺陷是引发橡胶材料发生疲劳破坏的主要原因，探究橡胶材料中微观缺陷的成因，并进行相应的改进措施研究，对于提高橡胶制品的使用性能和使用寿命具有重要的理论和工程意义。因此，本文首先对易发生疲劳损坏的轮胎胎肩部位的胶料进行微观分析，确定微观缺陷的成因，根据分析结果从配方、工艺和新材料应用等方面进行相应的改进，以此来提高橡胶材料的耐疲劳破坏性能，为提高橡胶制品的使用寿命提供重要的理论参考。 首先，通过扫描电子显微镜（SEM）对选取的国内知名轮胎的胎肩部位进行了缺陷成因分析，发现填料的分散、残留氧化锌的聚集、防护蜡的不均匀析出是主要的原因。借助SEM和屈挠疲劳寿命测试研究了氧化锌在胶料中的分散，分析了氧化锌性质、氧化锌品种、混炼工艺等因素对氧化锌分散均匀性的影响，结果表明：氧化锌原始颗粒尺寸及聚集体颗粒尺寸越大，在橡胶中的分散性越差，产生的微观缺陷数量越多，尺寸越大；采用合适的混炼工艺能够减小氧化锌聚集体颗粒的尺寸，减少微观缺陷的产生，但是改善的幅度依赖于氧化锌本身的性质。 其次，研究了不同品种防护蜡对胶料的疲劳性能的影响，结果表明：防护蜡在胶料中的分散和迁移速度对橡胶材料性能的影响较大，莱茵蜡在胶料中分散均匀，形成的薄膜比较致密，其耐臭氧和疲劳性能比较优异；G型微晶蜡在高温时的防护效果最佳；新型物理防老剂聚烯烃可以起到微晶蜡的作用，胶料具有良好的耐臭氧和耐疲劳性能，同时硫化胶的表面光洁度较高，加入聚烯烃分子量较小的胶料的疲劳性能更好。 最后，为了提高氧化锌的分散性和反应活性，利用吸附相反应技术成功制备了一种高活性的弹性体负载氧化锌颗粒，加入到橡胶中能够代替普通氧化锌，硫化胶具有良好的物理机械性能和耐疲劳破坏性能。

目录

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 橡胶材料疲劳破坏的研究现状

1.2 氧化锌的研究及发展现状

1.2.1 氧化锌的结构及性质

1.2.2氧化锌的改性及应用

1.3 防护蜡的简介

1.3.1 防护蜡的国内外研究现状

1.3.2 防护蜡的主要成分

1.3.3 防护蜡的防护机理

1.3.4迁移及防护的影响因素

1.3.5微晶蜡的来源

1.4吸附相反应技术的简介

1.5 课题研究的内容以及目的与意义

第二章 橡胶材料中的微观缺陷成因分析

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试样的制备

2.2.2 测试仪器

2.2.3 测试与表征

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 氧化锌的性质对橡胶材料疲劳破坏的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要原材料

3.2.2 主要实验设备

3.2.3 不同超声氧化锌溶液的制备

3.2.4 实验配方

3.2.5 试样的制备

3.2.6 测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 氧化锌粒径和形态的研究

3.3.2 氧化锌品种对橡胶胶料硫化特性参数的影响

3.3.3 氧化锌品种对橡胶胶料物理机械性能的影响

3.3.4 氧化锌品种对橡胶胶料耐老化性能的影响

3.3.5 氧化锌品种对橡胶胶料耐疲劳性能的影响

3.3.6 氧化锌在胶料中的分散形态

3.4 本章小结

第四章 改善氧化锌在橡胶材料中分散均匀性的混炼工艺优化

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要原材料

4.2.2 主要实验设备

4.2.3 混炼工艺设计

4.2.4试样的制备

4.2.5 测试与表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 不同混炼工艺对胶料硫化特性参数的影响

4.3.2 不同混炼工艺对胶料物理机械性能的影响

4.3.3 不同混炼工艺对胶料耐老化性能的影响

4.3.4 不同混炼工艺对胶料疲劳性能的影响

4.3.5 不同混炼工艺胶料中氧化锌的分散形态

4.3.6 密炼机工艺参数的改变对胶料性能的影响

4.4 本章小结

第五章 防护蜡的性质对橡胶材料疲劳破坏的影响

5.1 引言

5.2实验部分

5.2.1 实验原材料

5.2.2 主要实验设备

5.2.3 实验配方

5.2.4 试样的制备

5.2.5 测试与表征

5.3结果与讨论

5.3.1 L型和G型微晶蜡的用量对胶料性能的影响

5.3.2不同防护蜡对胶料性能的影响

5.3.4添加不同防护蜡在胶料中的分散和表面析出的形态分析

5.4本章小结

第六章 新型L-MODU聚烯烃对橡胶材料疲劳破坏的影响

6.1 引言

6.2实验部分

6.2.1 实验原材料

6.2.2 主要实验设备

6.2.3 实验配方

6.2.4 试样的制备

6.2.5 测试与表征

6.3 结果与讨论

6.3.1不同L-MODU聚烯烃对胶料性能的影响

6.3.2 L-MODU聚烯烃的份数对胶料性能的影响

6.4 本章小结

第七章 负载氧化锌的制备及其在橡胶材料中的应用

7.1 引言

7.2 实验部分

7.2.1 主要原材料

7.2.2 实验合成流程

7.2.3 主要实验设备

7.2.4 试样的制备以及加工工艺

7.3 结果与讨论

7.3.1 负载氧化锌的生成结果分析

7.3.2 负载氧化锌弹性体的热重分析

7.3.3 不同方案合成的氧化锌的形态分析

7.3.4 负载氧化锌弹性体加入胶料中的性能分析

7.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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