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海泡石的活化对湿法制备天然橡胶复合材料性能的影响

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高分子材料科学与工程 2023年第11期39卷 54-63页

作者：侯占峰周大炜辛振祥青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点实验室山东青岛266042

为提升海泡石补强橡胶的应用效果,首先采用有机酸活化制备高活性海泡石(MSep);比表面积、X射线衍射和光电子能谱测试结果表明,MSep的晶体结构完整,比表面积和表面活性明显增强;借助橡胶加工分析仪、扫描电镜和动态力学热分析等方法研究... 详细信息

为提升海泡石补强橡胶的应用效果,首先采用有机酸活化制备高活性海泡石(MSep);比表面积、X射线衍射和光电子能谱测试结果表明,MSep的晶体结构完整,比表面积和表面活性明显增强;借助橡胶加工分析仪、扫描电镜和动态力学热分析等方法研究了经湿法乳液混合制备的不同活性及用量的海泡石/天然橡胶复合材料的结构与性能。结果表明,复合材料中的MSep分散性较好,界面相互作用增强;在MSep用量小于30 phr时,随用量增多,拉伸强度和300%定伸应力等逐渐提升,硫化效率则逐渐降低;MSep用量过多时,受填料聚集的影响,综合补强性能下降;此外,随海泡石用量的增多,复合材料储能模量逐渐增大,损耗因子最大值逐渐减小。

关键词：海泡石有机酸活化天然橡胶复合材料分散性补强性能

载荷、速率和滑移角对天然橡胶复合材料磨损行为的影响

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合成橡胶工业 2023年第3期46卷 234-240页

作者：郝振源李琬华吴友平北京化工大学北京市先进弹性体工程技术研究中心北京100029 北京化工大学材料科学与工程学院北京100029

使用LAT 100型磨耗试验机研究了载荷、速率和滑移角对天然橡胶复合材料的磨耗量和表面温度的影响,确定了磨损过程中能量损失与磨耗量、侧向力和磨损表面形貌的关系。结果表明,随着载荷、速率和滑移角的增加,天然橡胶复合材料的磨耗量均... 详细信息

使用LAT 100型磨耗试验机研究了载荷、速率和滑移角对天然橡胶复合材料的磨耗量和表面温度的影响,确定了磨损过程中能量损失与磨耗量、侧向力和磨损表面形貌的关系。结果表明,随着载荷、速率和滑移角的增加,天然橡胶复合材料的磨耗量均增大,表面温度均升高;滑移角对天然橡胶复合材料的磨耗量和表面温度的影响最大,速率对天然橡胶复合材料磨耗量的影响最小,载荷对天然橡胶复合材料表面温度的影响最小;摩擦力对天然橡胶复合材料磨耗量的影响远小于侧向力,天然橡胶复合材料的磨耗量与磨损过程中的能量损失呈指数关系,指数约为2;天然橡胶复合材料表面滑移区域的磨损最为严重,其面积由侧向力在接触区域的分布决定。

关键词：载荷速率滑移角天然橡胶复合材料磨耗量表面温度能量损失磨损表面形貌

碳纳米管增强天然橡胶复合材料拉伸性能的分子动力学模拟

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碳纳米管增强天然橡胶复合材料拉伸性能的分子动力学模拟

作者：闫宏远昆明理工大学

学位级别：硕士

橡胶材料凭借其优异的力学性能、弹性强、密度低等特点,已经被广泛应用于工业科技、航空航天、石油化工等多个领域。然而单一的橡胶材料经常出现失效现象,且传统补强材料对橡胶基体的增强效果并不明显。而碳纳米管因其低廉的成本、独特... 详细信息

橡胶材料凭借其优异的力学性能、弹性强、密度低等特点,已经被广泛应用于工业科技、航空航天、石油化工等多个领域。然而单一的橡胶材料经常出现失效现象,且传统补强材料对橡胶基体的增强效果并不明显。而碳纳米管因其低廉的成本、独特的结构、优异的热力学性能等特点现已逐渐取代了传统补强材料。通过碳纳米管共混改性的橡胶材料具有力电响应性能,可用于传感和监测。当前,橡胶复合材料力学性能的主要模拟分析方法依旧是基于连续理论的计算。随着时代发展,分子动力学理论逐渐完善,通过分子动力学模拟,不仅能够对每个原子的运动轨迹做出精确计算,还能在原子的运动过程中发现许多微观细节,为理论计算和实验研究提供了有力支撑。这也成为碳纳米管改性橡胶材料模拟分析的新手段。本文旨在从微观角度出发,研究碳纳米管改性天然橡胶复合材料的拉伸性能,探究碳纳米管增强橡胶基体的微观机理。文中首先建立了不同聚合度的天然橡胶模型,通过计算微观固有特性及力学参数并进行拉伸模拟,研究得出较小的聚合度能够使模型内部更加紧凑,但在拉伸过程中,分子链过短更容易断裂,使模型的屈服应力下降。综合考虑上述因素,本文以聚合度40建立模型。本文首先通过编写硫化脚本,建立不同碳纳米管含量的硫化天然橡胶复合材料分子体系模型,通过计算发现碳纳米管含量为8 wt%时,复合材料的力学性能最佳且结合能最大,当含量超过8 wt%时,团聚现象明显。碳纳米管自身的高强度及其与基体之间的结合能,是导致复合材料力学性能提高的主要原因。在此基础上,进一步建立了三种不同手性的碳纳米管改性橡胶材料模型,经过模拟拉拔行为,得出螺旋型碳纳米管的增强效果略强于扶手椅型碳纳米管,锯齿型碳纳米管的增强效果最差。计算结果显示螺旋型结构有着更强的界面能,证明界面能和碳纳米管的手性角呈正相关关系。最后通过对比天然橡胶模型与硫化天然橡胶模型,分析硫化对不同复合材料的微观固有特性均起到了增强作用。通过对比相同含量下不同碳纳米管长度的复合材料模型的拉伸变形特征,发现短碳纳米管改性复合材料的结构更紧密,且刚度更高,而长碳纳米管改性材料表现出了更高的延展性。

关键词：天然橡胶复合材料碳纳米管分子动力学模拟力学特性

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木质材料增强天然橡胶复合材料性能研究

木质材料增强天然橡胶复合材料性能研究

作者：刘贵言东北林业大学

学位级别：硕士

为实现碳达峰碳中和的目标以缓解全球气候变暖、石油资源日渐短缺等问题,提高绿色资源的利用是一项行之有效的策略。木质材料具有环境友好、可再生、高强度等优势,可被用做于天然橡胶的补强填料。符合目前我国提出的低碳经济发展方式。... 详细信息

为实现碳达峰碳中和的目标以缓解全球气候变暖、石油资源日渐短缺等问题,提高绿色资源的利用是一项行之有效的策略。木质材料具有环境友好、可再生、高强度等优势,可被用做于天然橡胶的补强填料。符合目前我国提出的低碳经济发展方式。本研究将纤维素、木质素、木粉三种来源丰富的木质材料作为“绿色”填料用于制备天然橡胶基复合材料,探讨不同填料对复合材料性能的影响。为了解决纤维素、木质素、木粉在天然橡胶复合材料中的分散问题,本研究在采用了胶乳共沉淀法制备木质材料/天然橡胶复合材料的基础上,通过KH570改性和Ag纳米颗粒修饰的方法同时使用改善纤维素、木质素、木粉在天然橡胶基体中的分散性及其界面结合。论文主要研究内容和结果如下:（1）论文采用胶乳共沉淀法制备母胶,再经过混炼硫化工艺分别采用纤维素、木质素和木粉制备木质材料/天然橡胶复合材料,实验研究了不同含量的纤维素、木质素和木粉与天然橡胶复合材料的拉伸强度、硬度、耐磨性能、回弹性能、硫化加工性能、吸水性能、耐老化性能,并对木质材料/天然橡胶复合材料的微观形貌进行观察分析。结果表明,天然橡胶复合材料中少量添加木质材料可以有效地改善复合材料的力学性能。与纤维和木质素相比,木粉更适合作为天然橡胶的填料,木粉/天然橡胶复合材料拥有较高的硬度和回弹性,同时又具有较好的耐磨性能和耐老化性能。（2）为解决高含量的木质材料/天然橡胶复合材料的性能,采用偶联剂KH570对木质材料进行改性。通过对不同含量偶联剂KH570改性的木质材料/天然橡胶复合材料进行力学性能、硫化加工性能、吸水性能、耐老化性能、微观形貌进行分析。研究发现,通过KH570改性的木质材料被天然橡胶基体包裹,与天然橡胶基体之间无明显的空隙,分布均匀。KH570改性后的纤维/天然橡胶复合材料比未改性的力学性能得到提升,吸水性能得到改善。相较未处理的木质素,KH570改性后的木质素/天然橡胶复合材料的拉伸强度、硬度、耐磨性能、回弹性均得到提高。与未经过改性的木粉/天然橡胶复合材料相比,改性后拉伸强度、硬度、耐磨性能、回弹性均得到了提高。结果表明,KH570可以有效改善木质材料和天然橡胶之间的界面结合,从而提高木质材料/天然橡胶复合材料的力学性能,降低吸水性。（3）在此基础上将Ag纳米颗粒对木质材料进行修饰,对Ag纳米颗粒在纤维上的生长条件进行探究,采用抑菌环法对复合材料进行抑菌性能评价。结果表明,添加Ag纳米颗粒的复合材料对大肠杆菌和金黄葡萄球菌抑菌效果,Ag纳米颗粒的加入赋予了天然橡胶复合材料抑菌性能。同时Ag纳米颗粒可以有效的改善木质材料和天然橡胶基体之间的界面结合能力,与未经过改性的木质材料/天然橡胶复合材料相比,拉伸强度、硬度、磨耗性能和回弹性能均得到提高。

关键词：纤维素木质素木粉天然橡胶复合材料改性

离子液体改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

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高分子材料科学与工程 2018年第5期34卷 84-90,98页

作者：王兵辉熊玉竹吴胜学张清坡王倩江猛贵州大学材料与冶金学院贵州省橡胶复合材料工程实验室贵州贵阳550025

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结... 详细信息

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,AMI改性白炭黑可明显提高白炭黑的分散性,减小白炭黑在橡胶基体中的实际分布粒径,提高白炭黑与橡胶基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。当AMI用量为2 phr时,白炭黑在橡胶基体中的分散性最好,分布粒径最小,结合胶含量最高,综合力学性能最好。与未改性的SiO_2/NR复合材料相比,AMI-SiO_2/NR复合材料拉伸强度提高了18%,撕裂强度提高了41.4%,300%定伸应力提高了39.2%,100%定伸应力提高了25%。

关键词：离子液体白炭黑天然橡胶复合材料力学性能

高岭土/白炭黑并用填充天然橡胶复合材料的性能

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高分子材料科学与工程 2011年第3期27卷 87-91页

作者：张玉德刘钦甫李和平陆银平张乾河南理工大学材料科学与工程学院河南焦作454000 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 北京橡胶工业研究设计院北京100039

以高岭土和白炭黑作为增强剂,采用熔融共混法制备了一系列的天然橡胶(NR)复合材料,并对其微观结构、气体阻隔性能和力学性能进行了表征。结果表明,改性高岭土(MK)以片层结构,白炭黑(PS)以球状结构,均匀分散于NR基体之中;MK与PS单独填充N... 详细信息

以高岭土和白炭黑作为增强剂,采用熔融共混法制备了一系列的天然橡胶(NR)复合材料,并对其微观结构、气体阻隔性能和力学性能进行了表征。结果表明,改性高岭土(MK)以片层结构,白炭黑(PS)以球状结构,均匀分散于NR基体之中;MK与PS单独填充NR时,随着MK填充量的增加,NR复合材料的气体阻隔性能逐渐提高,而且MK的增强和阻隔作用都优于PS;MK与PS并用填充时,混合物填充NR复合材料的阻隔性能、拉伸模量和拉伸强度都优于MK、PS单独填充的NR复合材料,填料并用更有效地改善了NR复合材料的气体阻隔性能和力学性能。

关键词：高岭土白炭黑天然橡胶复合材料力学性能阻隔性能

碳纳米管对天然橡胶复合材料高频动态性能的影响

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机械工程材料 2024年第3期48卷 8-13页

作者：翁爽陆伟强任睿沈东明黄海波宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 宁波拓普集团股份有限公司宁波315800

以0.5份(每100质量份天然橡胶中添加的质量份)碳纳米管(CNTs)替换基础配方中不同份数(0,2,4,6,8)炭黑制备天然橡胶复合材料,研究了碳纳米管对天然橡胶复合材料静态力学性能和高频动态性能的影响。结果表明:随着CNTs替换炭黑份数的增加,... 详细信息

以0.5份(每100质量份天然橡胶中添加的质量份)碳纳米管(CNTs)替换基础配方中不同份数(0,2,4,6,8)炭黑制备天然橡胶复合材料,研究了碳纳米管对天然橡胶复合材料静态力学性能和高频动态性能的影响。结果表明:随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料的硬度降低,拉伸强度先升后降再升,断裂伸长率先降再增,100%定伸应力先增后降;用0.5份替换2份炭黑后的复合材料的综合静态力学性能最佳,此时拉伸强度和100%定伸应力均最大,分别比未用CNTs替换炭黑的复合材料提升13.52%和8.47%。随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料动刚度均方根呈先减后增的趋势,替换2份炭黑后的复合材料动刚度均方根最小,比未用CNTs替换炭黑复合材料的动刚度均方根降低了12.94%,此时复合材料具有最好的高频动态性能,拉伸强度和定伸应力与高频动态性能正相关,断裂伸长率和硬度与高频动态性能的相关度不显著。

关键词：天然橡胶复合材料碳纳米管高频动态性能动刚度静态力学性能

石墨烯的制备与改性及填充天然橡胶复合材料性能的研究

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石墨烯的制备与改性及填充天然橡胶复合材料性能的研究

作者：赵九洲青岛科技大学

学位级别：硕士

石墨烯因其特殊的结构而具备超高的电学性能、热学性能、光学性能和力学性能,引发了对石墨烯材料的制备、改性及应用研究的热潮,尤其是石墨烯在复合材料领域的应用研究。石墨烯研究的难点是因其独特的结构而具有的化学惰性,同时层状石... 详细信息

石墨烯因其特殊的结构而具备超高的电学性能、热学性能、光学性能和力学性能,引发了对石墨烯材料的制备、改性及应用研究的热潮,尤其是石墨烯在复合材料领域的应用研究。石墨烯研究的难点是因其独特的结构而具有的化学惰性,同时层状石墨烯间极强的分子间作用力导致了石墨烯在应用中极易发生团聚现象而使其优异性能无法得到完全的发挥。本文首先制备了由改进Hummers法中化学还原和高温还原两种方式获得的石墨烯及其天然橡胶的复合材料,并通过红外光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜及投射电镜等方式对其进行了表征,此外对石墨烯天然橡胶复合材料的电导率、热导率及部分力学性能进行了对比研究,实验结果表明:高温还原法制备的石墨烯因其具有较高的结构规整度及较少的结构缺陷,使其天然橡胶复合材料具有更加优异的机械性能、更高的热导率和电导率。制备了氨基化改性的石墨烯,将氨基化石墨烯与普通石墨烯分别添加到天然橡胶中得到石墨烯天然橡胶复合材料,并分别对其导热性能和机械性能进行了对比研究,实验结果表明:天然胶乳中添加氨基化石墨烯后,其热导率大大提高,这是由于氨基化石墨烯在天然橡胶中形成了一定的导热通道,并随着氨基化石墨烯量的增加,复合材料中逐渐形成了更加完整的导热网链,使热量能够更加有效的传递;通过对其机械性能的对比可以看出,复合材料的硬度随氨基化石墨烯量的增加而逐渐增大,同时其拉伸强度也提高了,这说明氨基化石墨烯与天然橡胶大分子紧密的结合在一起,其结合力大大提高了天然橡胶本体的硬度及拉伸强度,具有极高的补强效果。石墨烯在天然橡胶中的均匀分布对于石墨烯天然橡胶复合材料的性能发挥极其重要,然而石墨烯片层易于在机械共混过程中发生团聚,从而导致其复合材料的性能提高不明显。本文通过原位界面修饰法制备了石墨烯天然橡胶复合材料,主要从石墨烯与天然橡胶结合界面的改性角度出发,通过预处理的氧化石墨与天然橡胶之间形成一定的强作用力,进而改善石墨烯与天然橡胶的均匀分布问题及石墨烯在热成型过程中的团聚问题,实验结果表明:原位界面修饰法所制备石墨烯天然橡胶复合材料的硬度、剪切强度、定伸应力和热导率都明显高于普通机械共混制备的石墨烯天然橡胶复合材料。

关键词：石墨烯氧化还原法天然橡胶复合材料热导率

二次回归正交设计在天然橡胶复合材料制备工艺中的应用

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数理统计与管理 2010年第3期29卷 423-429页

作者：韩汉鹏海南大学信息科学技术学院海南儋州571737

本文通过二次回归正交设计,对天然橡胶复合材料制备工艺中有机土浓度、分散剂浓度、胶乳浓度和土填充量四个因子进行研究。结果表明,当有机土浓度取6.4%,分散剂浓度取50.7%,胶乳浓度取22.9%,土填充量取7.0%时,可以使天然橡胶复合材料的... 详细信息

本文通过二次回归正交设计,对天然橡胶复合材料制备工艺中有机土浓度、分散剂浓度、胶乳浓度和土填充量四个因子进行研究。结果表明,当有机土浓度取6.4%,分散剂浓度取50.7%,胶乳浓度取22.9%,土填充量取7.0%时,可以使天然橡胶复合材料的硬度达到最佳值。

关键词：天然橡胶复合材料二次回归正交设计硬度响应曲面分析 SAS/STAT