组分和频率对天然橡胶介电性能的影响

摘要

天然橡胶（NR）是一种纯天然的高分子材料，综合性能十分全面。我国是世界最大的橡胶消耗国家，橡胶需要进行硫化，会消耗和浪费大量的能量，微波硫化橡胶可以有效的解决这一问题。目前，社会各界的研究内容集中于微波加热设备的研发。为分析天然橡胶的成分变化对橡胶介电性能的影响，本文进行了一下几个方面的研究： （1）以天然橡胶为基体，分别用开炼和密炼两种混炼工艺，制备了组分不同的天然橡胶混炼胶，测量了试样的介电参数，分析频率、混炼工艺、炭黑和小料的质量变化对介电参数的影响。 （2）通过对复介电常数实部、虚部和介电损耗正切值的变化，分析了各介电参数对橡胶微波加热温度分布的影响。 （3）在915MHz时，分析了各混炼胶试样的介电参数随炭黑份数变化，得到了介电参数和炭黑份数之间的关系式；并且与0.1GHz~1GHz范围内介电参数的平均值相结合，确定了适合微波加热的最优橡胶配方。 通过对以上内容的分析的得到了一下结论： （1）开炼与密炼胶试样的介电常数的变化一致，介电常数大小相近，认为混炼工艺对介电性能的影响是可以忽略不计。 （2）不同组分橡胶试样的介电参数随频率的变化规律一致，开始时随着频率的增加缓慢变化，变化到某一频率时，介电参数会迅速的增大，达到峰值后，骤然下降。各参数的峰值频率在1GHz~2GHz内，而且随着炭黑含量的增加，峰值频率逐渐减小。 （3）在0.1GHz~1GHz范围内，橡胶试样的介电参数与频率成二次或一次函数关系；在同一频率下，复介电常数实部随着炭黑份数的增大而增加。 （4）随复介电常数实部的增大，胶片的主要加热区域逐渐向中心靠近，胶片温度分布更加的不均匀，微波加热的效果在衰减。随着虚部的增大，主要加热区域未发生改变，但是微波加热的效果在增加。在介电常数在较小的范围内，与复介电常数虚部相比，复介电常数实部对物体微波加热的温度变化的影响要大一些。 （5）各层介电参数不一样时，要将介电参数最大的放在中间，次之的放在距离波导较远的位置，最小的放置于距离波导较劲的位置。 （6）综合分析915 MHz和0.1GHz~1GHz范围内各介电参数的变化，确定介电性能最好的橡胶试样为编号A4-3，此时的橡胶试样的配方为：橡胶，100phr；氧化锌，3phr；硬脂酸，2phr；炭黑，15phr；硫磺，1phr；促进剂，0.5phr。

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组分和频率对天然橡胶介电性能的影响

摘 要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 橡胶工业发展现状

1.2 传统硫化工艺和“新旧动能”政策

1.2.1 传统硫化方法及其缺点

1.2.2 “新旧动能”要求下的轮胎产业

1.3 微波加热概述

1.3.1 介质材料与加热原理

1.3.2 影响介电性能的因素

1.4 有关橡胶的微波技术发展以应用情况

1.4.1 在橡胶生产中的应用

1.4.2 组分变化对介电参数及微波加热的影响

1.5 本文研究内容

2 实验设计和相关实验设备

2.1 天然橡胶混炼加工

2.1.1 混炼设备

2.1.2 原材料

2.1.3 混炼配方

2.1.4 混炼工艺及过程

2.1.5 不同配方的混炼橡胶编号设置

2.2 混炼胶介电物性参数的实验测定

2.2.1 测量设备

2.2.2 阻抗分析仪系统的校准与测试

2.2.3 试样的测试

2.2.4 E4991 B阻抗分析仪测量原理

2.3 介电参数简介

2.4 小结

3 混炼工艺和组分的变化对介电性能的影响

3.1 混炼工艺对混炼胶的介电参数的影响

3.1.1 开炼胶与密炼胶的制备

3.1.2 测量与结果分析

3.3 在0.1GHz~3GHz范围内炭黑对介电性能的影响

3.3.1 对复介电常数实部的峰值变化的影响

3.3.2 对复介电常数虚部的峰值变化的影响

3.3.3 对介电损耗角正切值峰值变化的影响

3.3.4 介电常数波动变化的分析

3.4 在0.1GHz~1GHz频范围对介电参数的变化

3.4.1 复介电常数实部的变化

3.4.2 复介电常数虚部在的变化

3.2 小料的变化对介电性能的影响

3.2.1 橡胶试样

3.2.2 介电常数的变化

3.4.3 介电损耗角正切值在的变化

3.5 小结

4 介电参数对微波加热温度分布的影响

4.1 微波加热模拟模型及相关实验验证

4.1.1 三维模型的建立

4.1.2 网格无关性验证

4.1.3 试样测温点布置及实验验证

4.2 各介电参数对于微波加热性能的影响

4.2.1 复介电常数实部对于温度变化的影响

4.2.2 复介电常数虚部温度变化的影响

4.2.2 介电损耗角正切值对温度变化的影响

4.3 介电常数变化对多层橡胶体温度分布的影响

4.3.1 橡胶体的高度对于温度分布的影响

4.3.2 介电参数变化对橡胶体温度分布的影响

4.4 小节

5 介电常数在915MHz处的变化和最优配方的确定

5.1 介电参数在915MHz处的变化规律

5.1.1 复介电常数实部与组分变化的关系

5.1.2 复介电常数虚部与组分变化的关系

5.1.3 介电损耗角正切值与组分变化的关系

5.2 最优配方的确定

5.2.1 在915MHz时橡胶的介电性能

5.2.2 0.1GHz~1GHz内介电参数的平均值分析

5.3 小结

6 总结和展望

6.1总结

6.2创新点

6.3展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文