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热塑性聚氨酯/高乙烯基丁苯橡胶复合材料中纳米二氧化硅的分散状态及其摩擦性能研究

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高分子学报 2023年第3期54卷 390-397页

作者：李琬华郝振源刘昊北吴友平北京市先进弹性体工程技术研究中心、北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 北京聚恒博联科技有限公司北京100097

热塑性聚氨酯(TPU)作为鞋底等材料最突出的问题是止滑性能不足,在湿环境和结冰环境下易打滑.纳米填料引起材料表面微观形貌、材料变形能力的变化对抗湿滑有重要影响.本研究将高乙烯基溶聚丁苯橡胶(HVSSBR)与TPU共混,探究了纳米二氧化硅(... 详细信息

热塑性聚氨酯(TPU)作为鞋底等材料最突出的问题是止滑性能不足,在湿环境和结冰环境下易打滑.纳米填料引起材料表面微观形貌、材料变形能力的变化对抗湿滑有重要影响.本研究将高乙烯基溶聚丁苯橡胶(HVSSBR)与TPU共混,探究了纳米二氧化硅(SiO2)填充的TPU/HVSSBR(70/30)复合材料中填料的选择性分散,并且采用LAT-100试验机测试了恒定面压下不同SiO_(2)用量填充的TPU/HVSSBR复合材料在干、湿摩擦表面以及不同冰面温度(−20,−10和−5℃)下的摩擦性能.结果表明,SiO_(2)在TPU/HVSSBR共物中易分散于HVSSBR橡胶相中,造成了材料表面粗糙度和变形能力的差异,使得干摩擦系数下降13.9%,湿摩擦系数提升8.7%;3种冰面温度(−20,−10和−5℃)下摩擦系数最大提升幅度分别为16.9%,17.5%,21.2%.SiO2的加入能提高材料在湿表面和冰表面上的摩擦系数,进一步改善了TPU止滑性能.

关键词：热塑性聚氨酯高乙烯基丁苯橡胶纳米二氧化硅干、湿摩擦冰面摩擦

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硅橡胶复合材料的制备及摩擦性能

合成橡胶工业 2022年第2期45卷 106-111页

作者：赵连想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/材料科学与工程学院北京100029

考察了白炭黑、羟基硅油对硅橡胶复合材料摩擦性能的影响,研究了硅橡胶复合材料在干、湿光滑玻璃表面摩擦系数的影响因素及摩擦机理。结果表明,硅橡胶复合材料在光滑玻璃表面的干摩擦系数(f_(D))与损耗因子(tanδ)/邵尔A硬度(H)、tanδ... 详细信息

考察了白炭黑、羟基硅油对硅橡胶复合材料摩擦性能的影响,研究了硅橡胶复合材料在干、湿光滑玻璃表面摩擦系数的影响因素及摩擦机理。结果表明,硅橡胶复合材料在光滑玻璃表面的干摩擦系数(f_(D))与损耗因子(tanδ)/邵尔A硬度(H)、tanδ/剪切储能模量(G′)均呈线性正相关,随白炭黑用量的增加,f_(D)降低。当增塑剂用量小于7.5份、H不小于34时,硅橡胶复合材料的f_(D)与tanδ/H、tanδ/G′均呈线性正相关。当增塑剂用量不小于7.5份、H小于34时,应变为42%时的tanδ与f_(D)呈线性正相关。在水润滑的光滑玻璃表面上,硅橡胶复合材料的湿摩擦系数与tanδ正相关。

关键词：硅橡胶干摩擦湿摩擦白炭黑羟基硅油剪切模量损耗因子

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

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低迁移导热硅凝胶的制备与性能研究

高分子通报 2023年第3期36卷 329-337页

作者：杨丹王智健叶能李京超卢咏来先进弹性体材料研究中心北京化工大学材料科学与工程学院北京100029

针对导热硅凝胶在宇航环境中服役时出现的硅油迁移问题,本文设计合成了一种具备多长支链结构的聚硅氧烷(B-PDMS),并在B-PDMS中填充纳米ZnO,得到基于物理缠结网络的导热硅凝胶,以同黏度的线型聚硅氧烷(L-PDMS)为对比。通过核磁和红外表征... 详细信息

针对导热硅凝胶在宇航环境中服役时出现的硅油迁移问题,本文设计合成了一种具备多长支链结构的聚硅氧烷(B-PDMS),并在B-PDMS中填充纳米ZnO,得到基于物理缠结网络的导热硅凝胶,以同黏度的线型聚硅氧烷(L-PDMS)为对比。通过核磁和红外表征,证明了B-PDMS的成功合成,并发现B-PDMS相较于同黏度的L-PDMS具备更大的分子量、更低的分子运动能力。通过对导热硅凝胶进行环境扫描电镜、导热性能、流变性能、渗油性能以及热真空损失测试,发现纳米ZnO在B-PDMS中的分散性更好;虽然B-PDMS基导热凝胶的热导率略低、零切黏度更大,但是其具备良好的触变性,随着剪切速率的提高,黏度与L-PDMS基导热凝胶趋同。重要的是,B-PDMS基导热凝胶的渗油性能有很大改善,填充200质量份的纳米ZnO制得的导热硅凝胶的渗油率仅为1.08,基本实现了无硅油迁移,且其热真空质损率(TML)仅为0.26 wt%,满足空间环境对材料放气性能的要求。

关键词：支链结构聚硅氧烷物理缠结网络导热硅凝胶硅油迁移

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非充气轮胎中剪切带结构与材料的研究进展

橡胶工业 2023年第3期70卷 231-239页

作者：刘超吴晓辉卢咏来张立群北京化工大学材料科学与工程学院先进弹性体材料研究中心北京100029

非充气轮胎能够避免充气轮胎的爆胎风险,已成为橡胶/轮胎行业研究的热点产品。非充气轮胎由轮毂、辐条、剪切带和胎面组成,剪切带是非充气轮胎结构中的重要部件。剪切带可分为橡胶剪切带、聚氨酯剪切带和金属剪切带,剪切带结构与材料参... 详细信息

非充气轮胎能够避免充气轮胎的爆胎风险,已成为橡胶/轮胎行业研究的热点产品。非充气轮胎由轮毂、辐条、剪切带和胎面组成,剪切带是非充气轮胎结构中的重要部件。剪切带可分为橡胶剪切带、聚氨酯剪切带和金属剪切带,剪切带结构与材料参数对非充气轮胎的性能影响极大。剪切带的结构与材料技术进步为非充气轮胎的进一步发展提供了技术支撑。

关键词：非充气轮胎剪切带结构材料

片层钠基蒙脱土调控炭黑对天然橡胶/丁苯橡胶纳米复合材料性能的影响

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橡胶工业 2023年第4期70卷 251-259页

作者：刘超吴晓辉卢咏来张立群北京化工大学材料科学与工程学院/先进弹性体材料研究中心北京100029

采用乳液共混法先制备天然橡胶(NR)/片层钠基蒙脱土(Na-MMT)、丁苯橡胶(SBR)/Na-MMT和NR/SBR/Na-MMT母胶,再制备得到相应的NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料,研究Na-MMT对NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料的微观形貌、物理性能和耐磨性能的影响。结... 详细信息

采用乳液共混法先制备天然橡胶(NR)/片层钠基蒙脱土(Na-MMT)、丁苯橡胶(SBR)/Na-MMT和NR/SBR/Na-MMT母胶,再制备得到相应的NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料,研究Na-MMT对NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料的微观形貌、物理性能和耐磨性能的影响。结果表明:采用NR/Na-MMT母胶共混法制备的NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料中Na-MMT的分散效果最好,剥离状态的Na-MMT占比最大,炭黑的分散明显改善,片层Na-MMT可在一定程度上调控炭黑在NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料中的偏析行为;该橡胶纳米复合材料的定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率最大,阿克隆磨耗量最小(0.177 cm^(3)),磨耗表面沟壑最浅,耐磨性能最佳。

关键词：片层钠基蒙脱土炭黑偏析行为分散天然橡胶丁苯橡胶纳米复合材料耐磨性能

硅橡胶复合材料的多轴疲劳寿命计算及优化设计

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合成橡胶工业 2022年第2期45卷 85-90页

作者：黄锴杨海波田明张立群北京化工大学材料科学与工程学院/先进弹性体材料研究中心北京100029

基于裂纹扩展理论,采用Python语言开发了橡胶的多轴疲劳寿命算法并进行了试验验证,并计算了硅橡胶哑铃形单轴拉伸试样、平面拉伸试样及十字形等双轴拉伸试样的疲劳寿命;为兼顾硅橡胶复合材料的发电性能和疲劳寿命,采用总能量密度(PI)来... 详细信息

基于裂纹扩展理论,采用Python语言开发了橡胶的多轴疲劳寿命算法并进行了试验验证,并计算了硅橡胶哑铃形单轴拉伸试样、平面拉伸试样及十字形等双轴拉伸试样的疲劳寿命;为兼顾硅橡胶复合材料的发电性能和疲劳寿命,采用总能量密度(PI)来评估复合材料的综合性能。结果表明,通过PI评估发现,等双轴拉伸下应变能密度(W)最大,开裂能密度与W的比值最小,硅橡胶在等双轴拉伸下可能具有最佳的综合性能。

关键词：硅橡胶复合材料疲劳寿命有限元数值模拟裂纹扩展优化设计

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橡胶工程高等实验课虚拟仿真教学势在必行

高分子材料科学与工程 2023年第6期39卷 154-159页

作者：张继川吴晓辉张同飞李瑞昀北京化工大学材料科学与工程学院先进弹性体材料研究中心北京100029 中国石油和化学工业联合会北京100029 教育部弹性体材料节能与资源化工程研究中心北京100029

《橡胶工程高等实验》是我国高校橡胶工程本科专业的必修课程,但目前《橡胶工程高等实验》存在诸如师资力量薄弱、教学设施不足、面临安全风险及实验环境不佳等问题,致使《橡胶工程高等实验》的教学效果大打折扣。而通过虚拟仿真教学则... 详细信息

《橡胶工程高等实验》是我国高校橡胶工程本科专业的必修课程,但目前《橡胶工程高等实验》存在诸如师资力量薄弱、教学设施不足、面临安全风险及实验环境不佳等问题,致使《橡胶工程高等实验》的教学效果大打折扣。而通过虚拟仿真教学则可以有效提高教学质量,学生首先通过网络视频被动听课以通晓实验原理,再主动结合《橡胶工程高等实验》仿真软件虚拟再现真实世界橡胶混炼实验过程和结果,可满足教学大纲对于橡胶工程本科教学的要求,进而达到橡胶工程专业本科生的培养目标。

关键词：橡胶工程高等实验虚拟仿真教学改革

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绿色交联弹性体材料研究进展

弹性体 2023年第5期33卷 79-87,98页

作者：谷雨蔚胡水温世鹏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

传统的橡胶制品是通过传统硫化工艺制造而成的,所形成的交联网络是永久性的,很难再重复加工利用。为此,制备绿色交联体系的橡胶成为未来研究的重要趋势。在本综述中,主要总结和分析了不同于传统化学交联键的几种键型,主要分为Diels-Alde... 详细信息

传统的橡胶制品是通过传统硫化工艺制造而成的,所形成的交联网络是永久性的,很难再重复加工利用。为此,制备绿色交联体系的橡胶成为未来研究的重要趋势。在本综述中,主要总结和分析了不同于传统化学交联键的几种键型,主要分为Diels-Alder反应型及类玻璃态高分子。其中类玻璃态高分子主要涉及β-羟基酯键、缩醛键、硼酸酯键和亚胺键。这些键可以断裂甚至有些还可以实现重排,符合绿色交联的设计要求。除此之外,还有一些非共价作用也可以促进绿色交联网的形成,比如氢键、π-π键,金属配体作用和离子相互作用。这些绿色交联键及非共价相互作用在橡胶可再加工和可回收橡胶方面具有很大的潜力,极大减少对环境的危害。

关键词：橡胶绿色交联动态共价键非共价作用