碳納米管增強(qiáng)天然橡膠動(dòng)態(tài)疲勞及耐磨性能研究.pdf

1、碳納米管優(yōu)越的物理機(jī)械性能使其成為橡膠增強(qiáng)的理想填料。但是國(guó)內(nèi)外對(duì)于碳納米管/天然橡膠復(fù)合材料動(dòng)態(tài)疲勞性能的研究鮮有報(bào)道，而橡膠的疲勞性能直接決定了橡膠制品在動(dòng)態(tài)條件下使用的耐久性、安全性與可靠性。本課題旨在探索碳納米管對(duì)天然橡膠疲勞性能的影響和疲勞機(jī)理。針對(duì)以上的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，開展的主要工作和結(jié)果如下:
　　1.采用裂紋擴(kuò)展法，研究了在20％-100％疲勞應(yīng)變范圍內(nèi)，填充碳納米管（1、3、5份）對(duì)天然橡膠動(dòng)態(tài)疲勞性能的影響，并分別與

2、相似硬度下炭黑（10、20、35份）增強(qiáng)的天然橡膠材料疲勞性能進(jìn)行了對(duì)比。測(cè)定了1mm預(yù)割口的長(zhǎng)條狀試樣的在動(dòng)態(tài)循環(huán)載荷下的疲勞性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):碳納米管的加入對(duì)天然橡膠疲勞擴(kuò)展的影響呈現(xiàn)兩種相反的規(guī)律。在低疲勞應(yīng)變范圍(20％-40％)且較低的碳納米管填充量（小于3份）下，碳納米管/天然橡膠復(fù)合材料的抗疲勞能力優(yōu)于相似硬度下炭黑/天然橡膠復(fù)合材料的抗疲勞能力;在高疲勞應(yīng)變范圍(40％-100％)下，碳納米管/天然橡膠復(fù)合材料的疲勞優(yōu)勢(shì)不

3、明顯。在高硬度下，碳納米管增強(qiáng)天然橡膠的材料疲勞壽命小于相似硬度下炭黑增強(qiáng)的天然橡膠，且硬度越大，差距越明顯。從撕裂能角度分析，碳納米管/天然橡膠體系的裂紋擴(kuò)展速度與撕裂能之間關(guān)系的變化規(guī)律與炭黑增強(qiáng)天然橡膠體系不同。隨著碳納米管填充量的增加，碳納米管/天然橡膠體系的裂紋增長(zhǎng)速度隨著撕裂能的增大而增大;而炭黑填充量的增加，炭黑/天然橡膠體系的裂紋增長(zhǎng)速度隨著撕裂能的增大而降低。為了進(jìn)一步分析造成上述結(jié)果的原因，論文詳細(xì)分析了填料對(duì)橡膠材

4、料粘彈性、應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶、裂紋偏轉(zhuǎn)等方面的影響。
　　2.本課題還著眼于碳納米管/炭黑/天然橡膠復(fù)合材料的疲勞性能研究。在炭黑/天然橡膠體系中，在保持填料總份量不變的前提下，采用1、2、3、4、5份碳納米管等量替代相同質(zhì)量份數(shù)的炭黑。采用預(yù)割口長(zhǎng)條狀試樣、屈撓疲勞試樣、啞鈴狀伸張疲勞試樣，研究碳納米管/炭黑/天然橡膠復(fù)合材料的抗疲勞能力。研究發(fā)現(xiàn):填充少量碳納米管(1-2)份的天然橡膠能夠與引發(fā)裂紋偏轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展路徑，提高撕裂能