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工程胎胎面胶的配方设计及性能研究

工程胎胎面胶的配方设计及性能研究

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作者：李洪昱青岛科技大学

学位级别：硕士

随着采矿业和汽车运输业的高速发展,人们对工程车辆的使用频率越来越大,而工程车辆所面临的工作环境极其恶劣复杂,因此相应的对工程车辆所配的轮胎性能要求也越来越严苛。然而,胎面橡胶材料的选择以及工程胎的配方设计,与工程轮胎的耐... 详细信息

随着采矿业和汽车运输业的高速发展,人们对工程车辆的使用频率越来越大,而工程车辆所面临的工作环境极其恶劣复杂,因此相应的对工程车辆所配的轮胎性能要求也越来越严苛。然而,胎面橡胶材料的选择以及工程胎的配方设计,与工程轮胎的耐磨性、生热、滚阻以及疲劳性能的改善息息相关。新型合成的高反式丁二烯异戊二烯共聚橡胶(TBIR),与天然橡胶(NR)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)等并用,可显著提高并用硫化胶的物理机械性能,特别是有效降低滚阻和磨耗,显著提高抗疲劳性能,是一种具有发展绿色轮胎的新型合成橡胶。本文以工程胎胎面胶配方为基础配方,通过并用部分TBIR橡胶以及配方的局部调整,研究并用胶的结构与性能,开发耐磨性高、生热低、滞后小、疲劳性优异的工程胎胎面胶材料。本工作的研究内容包括:(1)研究了NR/ESBR/TBIR共混胶的结构与性能。采用原子力显微镜、透射电子显微镜、平衡溶胀法以及化学探针法等手段研究了共混胶的聚集态结构、填料分散、交联密度及交联键类型等,结果发现,在NR/ESBR体系中存在TBIR晶纤结构,这种晶体纤维结构可以增强NR/ESBR混炼胶的强度和模量,因而利于改善填料分散。赋予NR/ESBR硫化胶优异的耐磨性,低生热,以及优异的耐疲劳性能。并深入分析了聚集态结构、交联结构等对三元体系硫化胶性能的影响。(2)研究了NR/TBIR共混胶的结构与性能。研究发现TBIR的加入,提高了NR/TBIR体系的多硫键密度。随着TBIR用量的增加,NR/TBIR混炼胶的硬度及模量明显增加,混炼胶的结合胶含量提高,说明橡胶和填料之间的相互作用增强;NR/TBIR硫化胶的耐磨性能提高,磨耗体积明显下降,滞后下降,生热降低,疲劳性能显著提高。(3)研究了未填充NR/TBIR共混胶的结构与性能。结果表明,与NR相比,NR/TBIR=90/10共混胶的格林强度、定伸应力及门尼明显增加,t延长,t缩短,加工安全性能提高。未填充NR/TBIR=90/10硫化胶30℃的交联密度低于对比胶,60℃及90℃疲劳后的交联密度高于对比胶,交联密度增加及多硫键密度提高有助于提高并用硫化胶疲劳性能。

关键词：高性能工程胎胎面胶疲劳生热滚动阻力

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超细短纤维填充橡胶材料的结构与性能研究

超细短纤维填充橡胶材料的结构与性能研究

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作者：严浩东北京化工大学

学位级别：硕士

短纤维是一种特殊的橡胶填充配合剂,在增强橡胶材料方面发挥着重要作用,尤其是在输送带和轮胎、汽车V带等领域。与直径大于12μm的芳纶、尼龙、聚酯等微米级短纤维相比,直径在纳米级或者次微米级(100-5000 nm)的超细短纤维具有更大的比... 详细信息

短纤维是一种特殊的橡胶填充配合剂,在增强橡胶材料方面发挥着重要作用,尤其是在输送带和轮胎、汽车V带等领域。与直径大于12μm的芳纶、尼龙、聚酯等微米级短纤维相比,直径在纳米级或者次微米级(100-5000 nm)的超细短纤维具有更大的比表面积和独特的微观结构,其填充的橡胶材料的结构与性能更具有研究意义与应用价值。本论文旨在探索性研究芳纶纳米短纤维(直径20-100 nm)、具有皮芯结构的超细尼龙短纤维(单根尼龙纤维直径在1-5μm,周围被聚乙烯载体隔离,整个皮芯结构纤维直径30μm左右)填充的NR基工程胎胎面胶,以及SBR基耐热输送带覆盖胶的结构与性能关系,特别研究了偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷(A151)和间-甲-白直粘体系(HRH体系)的界面强化作用,重点考察了硫化胶的定伸应力和耐动态切割性能等指标,最终优选出超细短纤维填充的胎面胶和覆盖胶最佳配合,具体研究内容和结果如下:(1)通过对比UPA和普通尼龙短纤维(PA)、ANF和芳纶浆粕(AP)增强NR和SBR,发现超细短纤维UPA和ANF展现了更佳的补强效果。研究表明,UPA和ANF能显著提升NR和SBR的20%和100%定伸应力以及耐动态切割性能、撕裂强度。(2)进一步研究了A151改性对UPA/NR、UPA/SBR和ANF/NR三种复合材料的影响,结果显示A151改性显著增强了超细纤维与橡胶基体的界面相互作用和相容性。通过优化硫化剂和增塑剂的用量,改善了复合材料交联密度和硬度,使NR基工程胎胎面胶和SBR基输送带覆盖胶在20%和100%定伸应力、撕裂强度、耐动态切割性能方面得到进一步的提升。(3)使用HRH体系增强了UPA/NR复合材料和ANF/NR复合材料。研究表明,HRH体系能有效增强UPA和ANF与NR之间的界面相互作用,使复合材料的定伸应力和耐动态切割性能得到提高。适当配比的粘合剂不仅提高了UPA/NR复合材料的定伸应力和耐动态切割性能,也同样提高了ANF/NR复合材料的相应性能。综上所述,本研究明确展示了超细尼龙短纤维和芳纶纳米短纤维在提升橡胶材料性能方面的显著效果,特别是在提高材料的小应变下的定伸应力和耐动态切割性能方面。通过A151和HRH体系的改性,进一步增强了纤维与橡胶基体之间的界面作用,为橡胶材料的性能优化提供了有效途径。

关键词：超细短纤维短纤维橡胶复合材料耐动态切割性能工程胎胎面胶输送带覆盖胶

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