纳米粒子增强天然橡胶及其共混物的裂纹生长研究

摘要

我国的橡胶行业经过百年的发展，在国民经济产业中具有举足轻重的地位。因此，研究橡胶制品的抗开裂性能，延长其使用寿命，对于橡胶行业的长远发展具有重要的意义。本论文通过纳米粒子补强以及橡胶共混的方式，提高橡胶的抗裂纹生长能力。在此基础上采用橡胶裂纹扩展测试平台以及扫描电子显微镜，在线实时观测裂纹尖端形态，观察裂纹形态演变过程，计算材料的裂纹生长速率，分析裂纹尖端断面形态，研究材料的裂纹生长机理。
　　本论文，第一部分是研究纳米碳管增强天然橡胶以及丁苯橡胶的裂纹生长机理，使用硅烷偶联剂改性的纳米碳管对天然橡胶的补强效果更明显，制备的纳米复合材料具有更强的抗裂纹生长能力。对比相同填料份数的纳米碳管补强的天然橡胶以及丁苯橡胶，研究发现橡胶的应变诱导结晶作用对纳米复合材料的裂纹生长起到抑制的作用。论文的第二部分研究了石墨烯调控天然橡胶/丁苯橡胶共混体系的裂纹生长过程；天然橡胶/丁苯橡胶的共混比例为60/40，实现了两相共混的最佳共混状态，共混橡胶的裂纹生长速率达到最低。研究石墨烯/天然橡胶/丁苯橡胶纳米复合材料的裂纹尖端形态，发现石墨烯的加入，能改变共混橡胶的裂纹尖端形态，撕裂能达到1200J/m2时，纳米复合材料的裂纹尖端仍然呈现“剥离态”。此形态片层能分担裂纹尖端应力集中，增加裂纹扩展所需能量，降低裂纹生长速率。低撕裂能作用下天然橡胶的裂纹尖端呈现的是“剥离态”，撕裂能高于600J/m2，天然橡胶的裂纹尖端则呈现的是断裂态，此形态裂纹尖端韧带分布不均匀，材料的裂纹生长速率较高。石墨烯能够实现对橡胶材料的裂纹尖端形态的调控，高撕裂能作用下材料的裂纹尖端呈现的依然是片层剥离的状态，可以提高纳米复合材料的抗裂纹生长能力，从而能够延长橡胶制品使用寿命，使得橡胶得到更广泛的应用。

目录

声明

引言

1绪论

1.1天然橡胶及其共混物的研究

1.2纳米粒子增强橡胶的研究

1.3橡胶复合材料的裂纹生长研究

2实验部分

2.1实验仪器

2.2实验原料

2.3测试与表征

2.4实验样品的制备

3纳米碳管增强天然橡胶裂纹生长研究

3.1硅烷偶联剂改性纳米碳管的制备和表征

3.2纳米复合材料的交联密度

3.3纳米复合材料的形貌分析

3.4纳米复合材料的佩恩效应

3.5纳米复合材料的裂纹生长

3.6本章小结

4纳米碳管增强丁苯橡胶裂纹生长研究

4.1纳米复合材料的硫化反应动力学

4.2纳米复合材料的佩恩效应

4.3纳米复合材料的裂纹生长

4.4纳米碳管增强橡胶的裂纹生长研究

4.5本章小结

5石墨烯增强共混橡胶的裂纹生长研究

5.1天然橡胶/丁苯橡胶共混体系的裂纹生长研究

5.2石墨烯增强共混体系 (NR/SSBR:80/20) 裂纹生长研究

5.3石墨烯增强共混体系 (NR/SSBR:60/40) 裂纹生长研究

5.4石墨烯调控橡胶裂纹尖端形态机理研究

5.5本章小结

6结果与展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢