天然橡胶填充白炭黑的抗裂纹生长机理

摘要

本文利用带有橡胶裂纹生长速率测试功能的动态力学性能分析仪，配合显微型超高速摄像仪，对天然橡胶填充白炭黑材料进行实时跟踪测试，实现了材料从微米到毫米级的裂纹尖端形态演变分析，并对材料的性能及结构进行分析，结合裂纹生长规律与裂纹尖端结构失效分析的相关研究与理论，利用一种全新的思路，从另外一种角度出发，具体研究了天然橡胶填充白炭黑以及天然橡胶填充改性白炭黑在疲劳负荷下的开裂形态的产生与生长机理。具体研究如下:
　　通过对白炭黑填充天然橡胶复合材料在不同撕裂能条件下裂纹尖端形态的实时追踪、断裂面形貌表征以及裂纹生长速率的测定，分析了不同份数的白炭黑填充天然橡胶的裂纹生长，研究发现天然橡胶填充白炭黑橡胶复合材料在循环应力载荷下其裂纹尖端的韧带趋于均匀，且尺寸逐渐减小，橡胶裂纹生长速率明显下降。
　　由于白炭黑自身的一些缺陷，本文中对硅烷偶联剂双[γ-三乙氧基硅）丙基]四硫化物（TESPT）改性白炭黑填充到天然橡胶中对橡胶复合材料的影响，结合结构分析、动态力学性能分析和裂纹尖端形貌分析，我们发现，硅烷偶联剂的加入可以改善橡胶与白炭黑的界面相容性，延长橡胶复合材料的储能模量平台区，提高橡胶与填料的相互作用，改善白炭黑与天然橡胶界面的相容性，从而促进填料在橡胶基体中的分散，提高橡胶复合材料的抗裂纹生长能力。
　　为了克服硅烷偶联剂的诸多缺点（污染环境、稳定性差等），本课题提出了一种改性白炭黑的新方法，即官能化液体异戊橡胶（FLIR）改性白炭黑，通过对比研究我们发现，FLIR的参与提高了白炭黑在橡胶中分散性，增强了橡胶填料网络的储能模量，提高了白炭黑与天然橡胶的界面相容性，降低了天然橡胶复合材料的裂纹生长速率。

目录

声明

引言

1绪论

1.1天然橡胶的成分

1.2填料白炭黑及其补强机理

1.3橡胶裂纹扩展机理研究进展

1.4本课题研究现状、目的及意义

2实验方案及表征手段

2.1实验材料及配方

2.2实验样品的制备及配方

2.3实验测试仪器及表征

3白炭黑填充天然橡胶的裂纹扩展规律

3.1不同组分白炭黑填充天然橡胶的裂纹尖端形态

3.2不同组份白炭黑填充天然橡胶的裂纹生长速率

3.3不同组份白炭黑填充天然橡胶的裂纹生长机理.

3.4白炭黑填充天然橡胶的断裂面形貌表征

3.5本章小结

4硅烷偶联剂改性白炭黑填充天然橡胶的裂纹扩展规律

4.1官能化液体异戊橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的裂纹扩展研究

4.2硅烷偶联剂改性白炭黑的结构表征

4.3硅烷偶联剂改性白炭黑的填充天然橡胶的裂纹扩展速率

4.4硅烷偶联剂改性白炭黑的填充天然橡胶的动态力学性能

4.5硅烷偶联剂改性白炭黑的填充天然橡胶的裂纹尖端形态

4.6本章小结

5官能化液体橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的裂纹扩展规律

5.1官能化液体橡胶改性白炭黑

5.2官能化液体橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的硫化反应动力学

5.3官能化液体橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的分散状态

5.4官能化液体橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的裂纹生长速率

5.5官能化液体橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的佩恩效应

5.6官能化液体橡胶改性白炭黑填充天然橡胶的裂纹尖端形貌

5.7本章小结

6结果与展望

参考文献

在学研究成果

致谢