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石油化工 2022年第6期51卷 719-725页

作者：邱磊梁爱民王丽静徐林郑方远王超中国石化北京化工研究院北京100013 中国石化北京化工研究院燕山分院橡塑新型材料合成国家工程研究中心北京102500

炭黑、白炭黑等填料粒子的加入可以提高橡胶的模量、强度、耐磨性、抗撕裂性等。综述了橡胶复合材料的补强机理,包括流体动力学效应、填料-填料相互作用、填料-橡胶相互作用和聚合物网络效应,最后对橡胶复合材料补强机理研究中的发展与... 详细信息

炭黑、白炭黑等填料粒子的加入可以提高橡胶的模量、强度、耐磨性、抗撕裂性等。综述了橡胶复合材料的补强机理,包括流体动力学效应、填料-填料相互作用、填料-橡胶相互作用和聚合物网络效应,最后对橡胶复合材料补强机理研究中的发展与挑战进行了展望。

关键词：橡胶复合材料补强机理填料-填料相互作用填料-橡胶相互作用

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橡胶复合材料中炭黑微观结构图像的拟合算法

橡胶工业 2023年第1期70卷 68-74页

作者：何红陈增云张亚茹章易慎张立群李凡珠北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029 北京化工大学机电工程学院北京100029

将炭黑聚集体视为由多个圆形原生粒子构成,对橡胶复合材料中炭黑聚集体形态进行图像拟合分析。基于炭黑补强橡胶复合材料的微观结构图像,在采用图像分割和阈值迭代等方法处理图像背景缺陷的基础上,研究了轮廓骨架算法、最大内切圆算法和... 详细信息

将炭黑聚集体视为由多个圆形原生粒子构成,对橡胶复合材料中炭黑聚集体形态进行图像拟合分析。基于炭黑补强橡胶复合材料的微观结构图像,在采用图像分割和阈值迭代等方法处理图像背景缺陷的基础上,研究了轮廓骨架算法、最大内切圆算法和K-means聚类算法3种拟合算法处理炭黑聚集体图像,并用峰值信噪比和结构相似度2个指标对图像拟合效果进行评价。结果表明,轮廓骨架算法拟合炭黑聚集体形态效果最优,更适用于炭黑补强橡胶复合材料微观结构重构时对炭黑聚集体形态的描述。

关键词：橡胶复合材料炭黑补强炭黑聚集体微观结构图像处理拟合算法轮廓骨架算法峰值信噪比结构相似度

橡胶复合材料用聚酰亚胺纤维纬编织物结构与性能

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橡胶复合材料用聚酰亚胺纤维纬编织物结构与性能

作者：郭梦惟天津工业大学

学位级别：硕士

高性能橡胶复合材料具有高比强度、高延伸率的特点,在航空航天、交通运输等领域具有广泛的应用潜力。固体火箭发动机绝热层选用橡胶复合材料,可以实现绝热层与燃烧室内壁紧密贴合,共同承载的效果。高性能纤维纬编织物用作橡胶材料的增强... 详细信息

高性能橡胶复合材料具有高比强度、高延伸率的特点,在航空航天、交通运输等领域具有广泛的应用潜力。固体火箭发动机绝热层选用橡胶复合材料,可以实现绝热层与燃烧室内壁紧密贴合,共同承载的效果。高性能纤维纬编织物用作橡胶材料的增强体,可以改善橡胶复合材料在使用过程中增强体与基体变形不协调导致的破坏问题。本课题从纤维性能测试与优选、织物结构设计与制备、橡胶复合材料制备、复合材料力学性能测试等方面,研究了聚酰亚胺纤维纬编织物增强丁腈橡胶复合材料的结构与性能。首先,测试了PI纤维的拉伸性能和钩接性能,结果表明与其他高性能纤维相比,PI纤维的拉伸强度和勾接强度均比Kevlar纤维和Vectran纤维高,其勾接强度保留率最高为49%,弯曲成圈损伤较小。对于织造纬编织物,不经过任何处理的PI纤维上机织造性能良好,织物线圈呈现歪斜状态。其次,基于罗纹结构,设计了四种结构参数的罗纹织物和四种捆绑结构的衬经织物。与其他衬经织物相比,移圈工艺为两行横移一针距,连续横移两次的衬经织物U4的铺覆变形性最优,其总体变形率为12.8%,选择U4织物作为橡胶复合材料的增强体。利用模压成型工艺制备平行铺层结构和正交铺层结构的纬编织物增强丁腈橡胶复合材料。最后,测试了纬编织物增强橡胶复合材料的纵向拉伸、层间剪切和低速冲击性能。结果表明,对于罗纹织物复合材料,大丝束纤维、长线圈长度和正交铺层的罗纹织物复合材料具有更高的拉伸强度和抗冲击能力。在层间剪切作用下,小丝束纤维和长线圈长度的试样强度更高,铺层结构对层间剪切强度影响较小。橡胶基体沿线圈方向产生裂纹为主要损伤形式,在厚度方向上产生较大塑性变形,不发生分层开裂。对于衬经织物复合材料,正交铺层试样的拉伸、层间剪切和抗冲击性能均优于平行铺层试样。其拉伸损伤形貌主要为橡胶基体沿衬经纱方向开裂,层间剪切以及冲击损伤形貌不明显。衬经织物复合材料与罗纹织物复合材料相比,其强度明显增大,变形性略有下降。

关键词：橡胶复合材料聚酰亚胺纤维纬编织物拉伸性能层间剪切性能低速冲击性能铺覆成型性

基于SEM与FTIR研究改性钢渣/橡胶复合材料的热氧老化机理

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光谱学与光谱分析 2022年第12期42卷 3906-3912页

作者：张浩韩伟胜程峥明范威威龙红明刘自民张贵文安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243002 首钢京唐钢铁联合有限责任公司河北唐山063200 马鞍山钢铁股份有限公司安徽马鞍山243003 江苏华安橡胶科技有限公司江苏宿迁223600

钢渣是冶金工业中产生的主要固体废弃物,其产量约为每年粗钢产量的15%~20%。由于技术的局限,导致我国钢渣利用率较低,仅为年钢渣产量的10%,同时加之管理制度的不健全,导致钢渣大量露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量形成严重... 详细信息

钢渣是冶金工业中产生的主要固体废弃物,其产量约为每年粗钢产量的15%~20%。由于技术的局限,导致我国钢渣利用率较低,仅为年钢渣产量的10%,同时加之管理制度的不健全,导致钢渣大量露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量形成严重影响。面对上述问题,以热闷渣、电炉渣和风淬渣研发改性钢渣微粉,并且将改性钢渣微粉与复合橡胶进行复合制备改性钢渣/橡胶复合材料。依据《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》(GB/T3512—2014)对改性钢渣/橡胶复合材料进行热氧老化处理,采用平衡溶胀法测定改性钢渣/橡胶复合材料的交联密度,扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)和傅里叶转换红外光谱仪(FTIR)分别测试其微观形貌、失重率和结构组成,从微观层面阐述改性钢渣/橡胶复合材料的热氧老化机理。结果表明在热氧老化前期老化作用在改性钢渣/橡胶复合材料表面,其内部以交联键形成反应为主;在热氧老化中期老化作用已经作用改性钢渣/橡胶复合材料内部,造成交联键断裂反应速度高于交联键形成反应速度,形成大量断裂交联键;在热氧老化后期由于改性钢渣/橡胶复合材料内部已经存在大量断裂交联键,导致主链及交联键断裂速度降低,交联键形成反应占优势。改性钢渣微粉以热闷渣(SiO_(2)含量高)为原材料,有利于形成聚合物大分子链贯穿炭黑网络的结构,提高综合性能,尤其是物理机械性与滞后性;以电炉渣、风淬渣(Fe_(2)O_(3)含量高)制备改性钢渣微粉,有利于热传导性能的改善,不仅提高改性钢渣/橡胶复合材料的耐热性,而且提高其硬度与脆性。热氧老化过程中改性钢渣/橡胶复合材料内部在橡胶分子链α-H上发生了不同程度的氧化反应,并在橡胶分子链周围生成了羟基、羧基和醇类化合物,双键烯氢含量降低。

关键词：改性钢渣橡胶复合材料热氧老化 SEM FTIR

芳纶纳米纤维强化浸渍处理芳纶纤维及其橡胶复合材料的界面黏合性能

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复合材料学报 2022年第9期39卷 4327-4336页

作者：翟振强李英哲黄伟杜德松宁南英田明王文才张立群北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029 北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

为进一步提高芳纶纤维/橡胶复合材料的界面黏合性能,在传统“二浴”法浸渍间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)的基础上,分别在预处理液、RFL浸胶液中加入芳纶纳米纤维(ANF),研究ANF的添加工艺和用量对芳纶纤维/橡胶复合材料界面黏合性能的影响。... 详细信息

为进一步提高芳纶纤维/橡胶复合材料的界面黏合性能,在传统“二浴”法浸渍间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)的基础上,分别在预处理液、RFL浸胶液中加入芳纶纳米纤维(ANF),研究ANF的添加工艺和用量对芳纶纤维/橡胶复合材料界面黏合性能的影响。结果表明,在预处理液中仅添加0.05wt%ANF,H抽出力为209.0 N,剥离力为19.8 N/根,动态黏合疲劳寿命9829次,比未增强体系分别提高18.1%、14.4%和41.0%;在RFL浸胶液中添加0.15wt%ANF,H抽出力为206.5 N,剥离力为20.1 N/根,动态黏合疲劳寿命8095次,比未增强体系分别提高15.9%、16.1%和16.1%。在预处理体系中添加ANF可更有效地提高动态黏合性能,原因在于ANF与芳纶纤维、预处理液中的异氰酸酯之间产生良好的化学作用,有利于界面处模量过渡,提高应力传递效率。

关键词：芳纶纳米纤维纳米增强芳纶纤维橡胶复合材料界面黏合性能

橡胶复合材料交替多层共挤出层界面变形的三维数值模拟及其优化研究

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橡胶复合材料交替多层共挤出层界面变形的三维数值模拟及其优化研...

作者：戢元四川大学

学位级别：硕士

基于多层挤出发展而来的交替多层共挤出技术,通过层倍增器的分割与叠加功能可实现挤出过程中层数以指数级增加,最终得到具有微纳层状结构的制品。连续性的拉伸剪切复合力场作用、独特的微纳层状受限空间和丰富的层界面,为高分子复合材... 详细信息

基于多层挤出发展而来的交替多层共挤出技术,通过层倍增器的分割与叠加功能可实现挤出过程中层数以指数级增加,最终得到具有微纳层状结构的制品。连续性的拉伸剪切复合力场作用、独特的微纳层状受限空间和丰富的层界面,为高分子复合材料的形态结构调控提供了新方法,从而实现其高性能和多功能化。目前交替多层共挤出技术的适用范围仅限于黏度较低的热塑性高分子材料,而基于橡胶及其高填充体系的交替多层复合材料却鲜有报道。这是因为橡胶复合材料黏度大、弹性效应强以及具有硫化风险,不仅影响了共挤出的流动稳定性,还给共挤出设备的设计和制造能力提出了更高的要求。层结构的连续性和平整性是交替多层高分子复合材料能够发挥出独特结构优势的前提,这与交替多层共挤出设备的核心—层倍增器有极大联系。因此,基于现有层倍增器的几何结构,研究共挤过程中橡胶复合材料的流动行为与层界面变形演变规律,对于层倍增器结构的优化设计以及最终获得理想层结构的制品具有重要意义。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)可以在计算机上通过特定的数值计算和图像显示再现实物实验,能对流体的流动行为进行分析预测,可用于指导工程设备的优化设计。为此,本文针对橡胶复合材料,以ANSYS WORKBENCH为数值模拟平台,采用POLYFLOW和FLUENT分析工具系统地对其在层倍增器内的流动行为、层界面变形等进行了研究分析。采用Carreau和PTT模型以有限元法模拟了层倍增器流道的流动过程,通过对比压力场、速度场和应力场等场量,研究了弹性对流动带来的影响;重点关注橡胶复合材料的黏性效应,首次使用有限体积法在FLUENT内,研究了层界面的变形规律;基于不同流道结构与层界面变形之间的联系,通过调整流道结构参数对层倍增器进行优化设计,开发了新一代层倍增器并进行了实验验证。主要结论如下:(1)当橡胶复合材料流体流经层倍增器流道,流体受到的压力场、速度场和应力场的分布主要由层倍增器的几何结构决定。考虑橡胶复合材料流体弹性时,增加了入口的流动不稳定性和沿两侧壁面更大的速度梯度,导致额外压力降的产生;橡胶复合材料流体整体所受应力更大,出口处的第一法向应力差(N)和第二法向应力差(N)分布差异性增大,可能会造成更严重的挤出胀大和挤出变形。但是,橡胶复合材料流体的弹性对整个压力场、速度场和应力场的分布形式影响有限。(2)在共挤过程中流道两侧层界面必然会出现翘曲与变形,这是两侧壁面所受应力状态复杂不平衡所导致的。壁面处阻滞力由流道的几何结构决定,沿着厚度方阻滞力的不同导致各层界面的变化规律不一致。层倍增器可以简化为矩形流道,上下壁面的剪切应力最大,远离壁面处剪切力最小;层厚度的分布与剪切应力规律一致,从两侧往中间层的厚度逐渐减小。流道扩流段整体往下,下侧壁面剪切应力更大,因此中线以下的层更厚。由于流道宽厚比很大(20:1),即使在两侧出现了较为严重的层界面变形,在较大的宽度范围内,层结构依旧连续和平整。(3)壁面滑移对共挤的影响非常显著,通过给壁面施加一个恒定的阻滞力,可以弱化流道结构对流动的影响,会有效改善壁面处的层界面变形,是改善层界面变形的有效手段。流速的改变并不会改变流体在层倍增器流道内的流动行为,反而会导致壁面的层界面变形更为严重,层结构的完整性会受到影响。黏度的差异会导致层界面会发生明显的偏移,但是由于进口流速保持一致,层厚的差异性在高层数下(8层、16层)依然较小。(4)阻流块放置在分流段起到均化流速的作用,但是造成了在厚度(Y)方向的速度分布出现畸变,不能改善层结构,反而还会增大挤出压力。在出口截面积一致的情况下,宽厚比的减小有利于降低两侧的黏性包覆,层结构完整性变好;但是流道出口速度差异过大,层界面稳定性变差,变形严重。通过延长流道,一方面减小了流道的阻滞曲度,降低了进入分流段前的速度差异;另一方面,扩流段也有足够的距离均一化分流段造成的速度分布不均问题,从而有效改善了层界面的稳定性,但同时增加了挤出压力。

关键词：交替多层橡胶复合材料数值模拟层界面变形优化

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橡胶复合材料制备的空气弹簧性能分析

粘接 2022年第1期49卷 95-98页

作者：冯帆陕西国防工业职业技术学院陕西西安710300

对橡胶复合材料的疲劳裂纹扩展进行研究。利用对橡胶复合材料制备的空气弹簧配方进行实验的方式,炼制出混炼胶,将该胶体放入特别的模具中,然后连同模具一并放入硫化机中进行硫化;采用空气弹簧性能分析的方法对性能进行测试,结果表明:空... 详细信息

对橡胶复合材料的疲劳裂纹扩展进行研究。利用对橡胶复合材料制备的空气弹簧配方进行实验的方式,炼制出混炼胶,将该胶体放入特别的模具中,然后连同模具一并放入硫化机中进行硫化;采用空气弹簧性能分析的方法对性能进行测试,结果表明:空气弹簧的疲劳寿命可达到650万次左右,各项性能指标均符合国家设立的标准;可为多种领域的发展营造良好氛围。

关键词：橡胶复合材料空气弹簧疲劳性能裂纹扩展

定向碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的摩擦学各向异性行为研究

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材料工程 2024年第5期52卷 179-187页

作者：王瑞林瞿俊豪黄海波陆伟强沈东明宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波拓普集团股份有限公司浙江宁波315800

应用机械剪切诱导法制备定向碳纳米管/丁苯橡胶(CNTs/SBR)复合材料,研究碳管含量、定向性对复合橡胶材料力学特性和摩擦学特性的影响规律,分析这些结果产生的机理。结果表明:CNTs取向对SBR复合材料的摩擦学性能有显著影响。当CNTs-z垂... 详细信息

应用机械剪切诱导法制备定向碳纳米管/丁苯橡胶(CNTs/SBR)复合材料,研究碳管含量、定向性对复合橡胶材料力学特性和摩擦学特性的影响规律,分析这些结果产生的机理。结果表明:CNTs取向对SBR复合材料的摩擦学性能有显著影响。当CNTs-z垂直于摩擦界面和滑动方向,CNTs-z/SBR的力学、摩擦学性能均优于CNTs-x/SBR和CNTs-y/SBR。当CNTs平行于摩擦界面时,与滑动方向一致的CNTs-x/SBR力学性能优于与滑动方向垂直时的CNTs-y/SBR。CNTs-z可以提升橡胶复合材料的抗剪切性能,降低温升幅度和表面黏附作用,有效提升橡胶材料的摩擦学性能。载荷和速度工况下,摩擦因数与磨损量为负相关关系,即摩擦因数减小而磨损量增大,速度对摩擦学性能的影响大于载荷。研究结果可以为CNTs复合轮胎橡胶材料的摩擦学性能改善以及产业化应用提供科学参考。

关键词：橡胶复合材料定向碳纳米管摩擦学性能力学性能

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改性石墨烯在橡胶复合材料中的应用研究进展

应用化工 2023年第2期52卷 606-609,614页

作者：于金志闫思梦袁引弟赵雄燕河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018 河北铁科翼辰新材科技有限公司河北石家庄052160 航空轻质复合材料与加工技术河北省工程实验室河北石家庄050018

以研发高性能化和高功能化橡胶复合材料为目的,综述了近年改性石墨烯在提升橡胶复合材料性能方面取得的最新进展,主要包括机械性能、导热性能、阻隔性能、电性能和热稳定性能。并对改性石墨烯作为新型功能性填料在橡胶复合材料中的应用... 详细信息

以研发高性能化和高功能化橡胶复合材料为目的,综述了近年改性石墨烯在提升橡胶复合材料性能方面取得的最新进展,主要包括机械性能、导热性能、阻隔性能、电性能和热稳定性能。并对改性石墨烯作为新型功能性填料在橡胶复合材料中的应用前景和遇到的问题进行了展望与分析,提高改性石墨烯与橡胶基体间的界面相容性是目前该领域亟待解决的技术难题和主攻方向,也是制备高性能功能性橡胶材料的关键。

关键词：改性石墨烯橡胶复合材料机械性能界面相容性

rGO/PS复合材料的制备及其对丁苯橡胶的改性研究

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应用化工 2022年第12期51卷 3566-3569页

作者：董亚茹刘全中于佳森刘雪宁王鑫赵雄燕河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018 航空轻质复合材料与加工技术河北省工程实验室河北石家庄050018

采用无皂乳液聚合工艺和静电吸引法设计合成了具有规整夹层结构的还原氧化石墨烯(rGO)/聚苯乙烯(PS)复合材料rGO/PS,以胶乳共混和机械共混并用的方式将其添加到丁苯橡胶(SBR)中制备了rGO/PS/SBR复合材料。结果表明,当rGO和PS复合比例为1... 详细信息

采用无皂乳液聚合工艺和静电吸引法设计合成了具有规整夹层结构的还原氧化石墨烯(rGO)/聚苯乙烯(PS)复合材料rGO/PS,以胶乳共混和机械共混并用的方式将其添加到丁苯橡胶(SBR)中制备了rGO/PS/SBR复合材料。结果表明,当rGO和PS复合比例为1∶1时,rGO/PS复合材料呈现最为规整的夹层结构。当rGO/PS填充量为3.0%(质量分数)时,rGO/PS/SBR复合材料的机械性能最好,rGO/PS/SBR的拉伸强度较SBR提升了51%,断裂伸长率较SBR增加了78%;此外,添加0.5%(质量分数)rGO/PS的rGO/PS/SBR复合材料的Td5比纯SBR提高了34.56℃。

关键词：还原氧化石墨烯 PS微球橡胶复合材料丁苯橡胶