不同粒徑炭黑填充天然橡膠黏超彈性能表征及其減振特性.pdf

1、炭黑填充天然橡膠制品廣泛應(yīng)用于減振器材料，其彈性很大程度上依賴于粒子填充的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)，表征其黏彈特性和力學(xué)行為、進(jìn)而預(yù)測(cè)其制品性能可以指導(dǎo)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(dòng)態(tài)機(jī)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(xué)響應(yīng)。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)應(yīng)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(guò)程中黏彈性隨填充比、硫化劑(S)與促進(jìn)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(jìn)劑和硫化劑比為3∶1時(shí)彈性扭矩在硫化過(guò)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(guò)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(xué)特性。利用Yeoh、Mooney—Rivlin、Van der Waals和三階Ogden超彈性模型對(duì)不同粒徑炭黑并用填充的硫化橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)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(xué)行為。
　　(3)利用動(dòng)態(tài)機(jī)械儀(DMA)進(jìn)行應(yīng)變率0.1％到10％的應(yīng)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(dòng)態(tài)力學(xué)特性的影響。隨著炭黑含量的升高，損耗正切峰值和儲(chǔ)存模量值隨炭黑含量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，激勵(lì)應(yīng)變幅增大時(shí)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(chǔ)存模量隨應(yīng)變?cè)黾佣鴾p小，單組份N550的具有較高儲(chǔ)能模量和損耗因子。促進(jìn)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(chǔ)存模量大。在0.1-50Hz范圍進(jìn)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(duì)硫化膠料隨頻率變化的規(guī)律，結(jié)果表明各膠料的儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)RPA

6、剪切應(yīng)力松弛試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行Prony級(jí)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(cè)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(duì)其進(jìn)行不同頻率動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)，表明隨剪切幅值的增大動(dòng)剛度略微下降，滯回環(huán)面積增大，滯回曲線的非線性增強(qiáng)。
　　(5)用40∶30N550/N774炭黑并用填充天然橡膠成型金屬嵌件的復(fù)合結(jié)構(gòu)減振器，設(shè)計(jì)分析了該制件拉