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文檔簡介
1、炭黑填充天然橡膠制品廣泛應用于減振器材料,其彈性很大程度上依賴于粒子填充的補強效應,表征其黏彈特性和力學行為、進而預測其制品性能可以指導更好制備高性能材料和成型優(yōu)異制品。本文制備了不同粒徑炭黑填充天然橡膠,表征了其混煉膠的加工特性及硫化膠的靜態(tài)和動態(tài)機械特性。采用ABAQUS軟件考慮橡膠黏彈和超彈特性的本構(gòu)模型分析了雙剪切試樣和減振器的力學響應。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
(1)應用橡膠加工流變分析儀(RPA)研究了兩種粒徑炭黑
2、(N550/N774)并用填充天然橡膠的混煉膠在硫化過程中黏彈性隨填充比、硫化劑(S)與促進劑(CZ)含量的變化。結(jié)果表明,隨著炭黑含量的升高,硫化速度略微延緩,彈性扭矩逐漸增大;在相同填充比下,隨著小粒徑炭黑N550占比的增加,彈性扭矩略微增大;促進劑和硫化劑比為3∶1時彈性扭矩在硫化過程中先升高后趨于平衡,而在CZ/S=1.5∶1.5和CZ/S=0.7∶2.5比例下硫化過程彈性扭矩先升高后下降,即出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象。
(2)
3、研究了不同粒徑炭黑并用填充和不同硫化程度的天然橡膠的單軸、平面和等雙軸拉伸力學特性。利用Yeoh、Mooney—Rivlin、Van der Waals和三階Ogden超彈性模型對不同粒徑炭黑并用填充的硫化橡膠的應力-應變曲線進行擬合,得到相應的模型參數(shù)。其中,Yeoh模型和Van der Waals模型較好地反映材料力學行為。
(3)利用動態(tài)機械儀(DMA)進行應變率0.1%到10%的應變掃描,研究了不同粒徑配比和含量的炭黑
4、填充天然橡膠硫化膠動態(tài)力學特性的影響。隨著炭黑含量的升高,損耗正切峰值和儲存模量值隨炭黑含量的增加呈現(xiàn)上升趨勢,激勵應變幅增大時該效果更加顯著;相同填充比下,純N550小粒徑炭黑混合大粒徑炭黑N774并用填充天然橡膠的儲存模量隨應變增加而減小,單組份N550的具有較高儲能模量和損耗因子。促進劑較高的CZ/S=0.7/2.5體系硫化膠比CZ/S=1.5/1.5和CZ/S=3.0/1.0的儲存模量大。在0.1-50Hz范圍進行頻率掃描,研究
5、炭黑填充含量、填充形式及交聯(lián)結(jié)構(gòu)對硫化膠料隨頻率變化的規(guī)律,結(jié)果表明各膠料的儲存模量、損耗模量及損耗因子,在0.1-50Hz范圍內(nèi)隨頻率的增加而逐漸增大,且其曲線上升的梯度隨頻率增加而減小。隨著N550中N774比例的增加,儲存模量、損耗模量及損耗因子的值先降低后增大最后減小。CZ/S=0.7/2.5、CZ/S=1.5/1.5和CZ/S=3.0/1.0硫化膠儲存模量、損耗模量及損耗因子的值隨頻率的增大依次降低。
(4)對RPA
6、剪切應力松弛試驗結(jié)果進行Prony級數(shù)擬合得到材料黏彈特性參數(shù),與前面超彈性本構(gòu)關(guān)系耦合形成了描述測試材料的定量黏-超彈本構(gòu)關(guān)系。制備了N550/N774=70/0、40/30和0/70炭黑并用填充天然橡膠的雙剪切制件,對其進行不同頻率動態(tài)剪切試驗,表明隨剪切幅值的增大動剛度略微下降,滯回環(huán)面積增大,滯回曲線的非線性增強。
(5)用40∶30N550/N774炭黑并用填充天然橡膠成型金屬嵌件的復合結(jié)構(gòu)減振器,設計分析了該制件拉
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