碳纤维/石墨烯协同改性NR/BR混炼实验研究

摘要

由于轮胎行业的迅速发展，现在轮胎制品的质量及性能已满足不了人们的要求。碳纤维（CF）因其比强度、比模量高，耐疲劳、耐磨性好；还原氧化石墨烯（rGO）因其强度大、导电导热性能好。二者应用于橡胶轮胎中，会有常规填料达不到的效果，因此本文对NR/BR胎面胶进行研究。国内外的研究学者对NR/BR进行了探索和研究，取得了一定的研究成果，但对碳纤维/石墨烯二者共混补强NR/BR的研究报道较少；对还原氧化石墨烯补强NR/BR的研究有待深入等等。这些不足制约着碳纤维/石墨烯在NR/BR胎面胶中大量使用，所以对碳纤维/石墨烯在NR/BR胎面胶中深入系统的研究具有重要意义。
　　本文运用理论研究、实验对比，模拟分析三种研究方法，从碳纤维/石墨烯结构及性能入手，系统研究其配比对胶料性能的影响，并对胶料从宏观及微观性能方面进行了分析。研究了不同排胶温度对加入石墨烯的NR/BR混炼胶性能的影响。设计了拉伸型转子结构，采用模拟分析方法及实验验证方法对胶料混炼过程进行分析。本文所做的主要研究工作和所取得的成果如下：
　　（1）探究不同份数碳纤维对NR/BR硫化胶力学性能影响和在橡胶体系中的导热导电及分散效果，结果表明：碳纤维的加入提高了NR/BR混炼胶的力学性能和导电导热等性能。在加入7份碳纤维时碳纤维在橡胶体系中分散效果最好，此时力学能最高。导电导热性能会随碳纤维份数的增多而提高。
　　（2）研究白炭黑份数对填充碳纤维的NR/BR物理性能的影响，结果表明：白炭黑的加入并没有提高NR/BR的物理性能，但在加入20份白炭黑时硫化胶的动态力学性能较好。
　　（3）研究不同配比碳纤维/石墨烯共混对NR/BR力学性能影响和在橡胶体系中的导电导热及分散效果，结果表明：碳纤维和石墨烯并用可提高硫化胶的力学性能及导电导热性能。在加入3份碳纤维，1份石墨烯的情况下既能保持NR/BR硫化胶力学性能不变又可大幅度提高其导电导热性能。此时硫化胶的动态力学性能达到了最优。
　　（4）研究排胶温度对加入石墨烯的NR/BR混炼胶性能的影响，结果表明：相比于在开炼机中加入石墨烯，在密炼机中加入石墨烯并且排胶温度为135℃时其物理性能和分散性能最优。
　　（5）运用PROE、POLYFLOW软件分别对拉伸型转子进行设计和模拟，通过对压力场、速度场、混合指数分析可知：梯形槽的设置增加了胶料轴向的速度变化梯度，胶料的最大混合指数升高且高混合指数区域增多胶料受到拉伸作用增强。通过实验验证胶料分散性能更好，梯形槽设置使胶料受到剪切拉伸区域交替次数增多，分布效果好。

目录

符号说明

1 绪 论

1.1引言

1.2碳纤维结构与性能

1.3 碳纤维在聚合物复合材料中的应用

1.4石墨烯概述及制备方法

1.5橡胶混炼的外场条件

1.6本文研究的目的及意义、主要研究内容

2碳纤维对NR/BR橡胶性能影响研究

2.1引言

2.2实验原料

2.3实验设备及仪器

2.4不同碳纤维份数填充NR/BR实验研究

2.5不同白炭黑份数对填充碳纤维的NR/BR胎面胶性能研究

3 碳纤维/石墨烯共混及排胶温度对NR/BR的性能研究

3.1不同份数碳纤维/石墨烯填充对NR/BR混炼胶性能研究

3.2排胶温度对填充石墨烯的NR/BR混炼胶制品性能的影响

4拉伸型转子设计及流场模拟

4.1拉伸型转子设计

4.2拉伸型转子流场数值模拟

4.3本章小结

5实验结果分析

5.1实验配方及方案

5.2实验仪器和设备

5.3试样制备

5.4测试结果与分析

5.5本章小结

6全文总结与展望

6.1全文总结

6.2本文主要创新点

6.3展望

参考文献

致谢

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