石墨烯/天然橡胶复合材料性能的实验研究与分形微观表征
发布时间：2021-08-31 22:18
石墨烯自身具备优良的力学、光学、热学和电学性能,在材料、化学、物理、生物等所有的研究领域具有重要的应用前景。石墨烯作为优良填料填充到天然橡胶中,制备得到石墨烯天然橡胶复合材料。制备的工艺有熔融共混、溶液共混和乳液共混常见三种,以此来改善石墨烯在天然橡胶基体中的分散程度。本文采用机械共混的方法制备了石墨烯天然橡胶复合材料,并分别对实验样品进行多种检测,得到其测量结果,分析了复合材料的力学性能、导热性能、动态力学性能和导电性能。研究发现,当石墨烯的质量份数为3g时,导热率会随着温度的增加而不断升高。相较于未加石墨烯,3g石墨烯的力学性能较好,导热性能较好,耐磨性能较好,动态力学性能中损耗因子最小,很大程度上降低了滚动阻力。设计多指标正交试验,通过计算得到极差R的大小,诸因素对各指标的显著性顺序为:拉伸强度为C→A→B,断裂伸长率为A→C→B。拉伸强度指标的好的试验条件为A3B4C1,断裂伸长率指标的好的试验条件为A4B4C1;在计算得到的真应力与真应变数值中,试验条件为A3B3C1的数值最大,综合平衡后的好的试验条件为A3B4C1,因素的质量份数分别为41g炭黑、4g石墨烯、1g白炭黑,对...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单层石墨烯及其派生物示意图[6]
石墨烯/天然橡胶复合材料性能的实验研究与分形微观表征14图2-1石墨烯天然橡胶复合材料的硫化特性曲线Fig.2-1Thecuringcharacteristiccurveofgraphenenaturalrubbercomposite2.5.2天然橡胶复合材料的力学性能表2-3是填充石墨烯不同质量份数下橡胶复合材料的力学性能参数。从表中可以看出，随着橡胶体系中石墨烯填料用量的增加，力学性能参数拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度相比较于未添加石墨烯的天然橡胶复合材料有明显的增加。表2-3天然橡胶复合材料力学性能实验数据Tab.2-3TheexperimentaldataofmechanicalpropertiesofnaturalrubbercompositesGE/（g）Tensilestrength/MPaElongationatbreak/%Tearstrength/kN/m0（20#）15.508245.20926.0151（21#）23.951263.03333.2632（22#）23.355273.60041.6223（23#）24.412287.98736.4334（24#）24.403277.67432.7695（25#）24.309276.52837.6386（26#）24.820269.78039.410表2-3中石墨烯质量份数为2g，4g，6g时对应的拉伸强度分别为23.355MPa，24.403MPa，24.820MPa，相较于未加石墨烯的天然橡胶复合材料（拉伸强度为15.508MPa）分别高出51%，57%，60%，推测是因为石墨烯在橡胶基体中分散的更为均匀，因此形成了较大且数量增多的填料网格结构。复合材料的断裂伸长率变化趋势是先增大后减小，但是都比未添加石墨烯的复合材料的数值大，当石墨烯的质
青岛科技大学研究生学位论文23在石墨烯质量份数达到最大份数4g时，炭黑/白炭黑的份数逐渐减小时，硫化时间和焦烧时间呈现先增大后减小的趋势。这可能是炭黑和白炭黑各自的比表面积有关，比表面积越小，胶料硫化速度就越快，硫化时间就越短，进而影响天然橡胶复合材料的力学性能。表3-4CB/GE/SiO2对天然橡胶复合材料的硫化参数Tab.3-4ThevulcanizationparametersofCB/GE/SiO2fornaturalrubbercompositesCB/GE/SiO2MH/（dNm）ML/（dNm）（MH-ML）/（dNm）Tc90/minTs2/min1#23.920.8623.068.171.752#23.761.122.66102.223#30.371.3429.0311.022.034#32.041.3130.739.911.795#11.590.5511.049.862.626#12.970.612.378.572.167#13.070.5812.4910.122.68#13.680.5113.1710.192.69#11.940.4511.499.472.5710#13.010.5912.429.32.3211#12.340.5211.827.742.0912#12.960.5312.439.062.3413#11.930.5411.399.462.5714#10.670.4710.29.112.6515#12.310.5211.798.522.216#11.530.3911.148.492.25图3-1CB/GE/SiO2对天然橡胶复合材料的硫化特性曲线Fig.3-1ThecuringcharacteristiccurveofCB/GE/SiO2onnaturalrubbercomposites
【参考文献】：
期刊论文
[1]橡胶丁苯/石墨烯复合材料的特性分析[J]. 刘君. 当代化工研究. 2020(01)
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[9]天然橡胶混炼胶的四辊压延粘辊问题分析[J]. 张梦洁,智杰颖,林文俊,乔从德,王海庆,贾玉玺. 高分子材料科学与工程. 2019(03)
[10]炭黑对天然橡胶动态性能的影响[J]. 冯琳. 橡胶参考资料. 2019(02)
博士论文
[1]原位湿法石墨烯/聚异戊二烯橡胶纳米复合材料制备及表征[D]. 曹兰.青岛科技大学 2018
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[3]基于分形维数的中国海常见浮游植物细胞图像特征提取[D]. 冯晨.中国海洋大学 2007
硕士论文
[1]氧化石墨烯的功能化改性及其在抗氧化和油水分离方面的应用研究[D]. 张林.华南理工大学 2018
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[3]天然胶的理化性能及不同季节、不同产地的差异性研究[D]. 孔令伟.青岛科技大学 2018
[4]白炭黑表面改性及其在天然橡胶中的应用[D]. 崔凌峰.贵州大学 2017
[5]石墨烯的制备与改性及填充天然橡胶复合材料性能的研究[D]. 赵九洲.青岛科技大学 2016
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[7]橡胶复合材料高温磨耗表面微观结构特征及磨耗机理研究[D]. 张义.青岛科技大学 2016
[8]改性氧化石墨烯和石墨烯填充橡胶复合材料的制备及性能研究[D]. 熊晓刚.南京理工大学 2015
[9]天然橡胶/石墨烯/炭黑复合体系的结构与性能的研究[D]. 廖振斐.华南理工大学 2013
[10]基于分形理论的聚乙烯/贝壳粉复合材料性能的研究[D]. 施佳炜.东华大学 2011
本文编号：3375721
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单层石墨烯及其派生物示意图[6]
石墨烯/天然橡胶复合材料性能的实验研究与分形微观表征14图2-1石墨烯天然橡胶复合材料的硫化特性曲线Fig.2-1Thecuringcharacteristiccurveofgraphenenaturalrubbercomposite2.5.2天然橡胶复合材料的力学性能表2-3是填充石墨烯不同质量份数下橡胶复合材料的力学性能参数。从表中可以看出，随着橡胶体系中石墨烯填料用量的增加，力学性能参数拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度相比较于未添加石墨烯的天然橡胶复合材料有明显的增加。表2-3天然橡胶复合材料力学性能实验数据Tab.2-3TheexperimentaldataofmechanicalpropertiesofnaturalrubbercompositesGE/（g）Tensilestrength/MPaElongationatbreak/%Tearstrength/kN/m0（20#）15.508245.20926.0151（21#）23.951263.03333.2632（22#）23.355273.60041.6223（23#）24.412287.98736.4334（24#）24.403277.67432.7695（25#）24.309276.52837.6386（26#）24.820269.78039.410表2-3中石墨烯质量份数为2g，4g，6g时对应的拉伸强度分别为23.355MPa，24.403MPa，24.820MPa，相较于未加石墨烯的天然橡胶复合材料（拉伸强度为15.508MPa）分别高出51%，57%，60%，推测是因为石墨烯在橡胶基体中分散的更为均匀，因此形成了较大且数量增多的填料网格结构。复合材料的断裂伸长率变化趋势是先增大后减小，但是都比未添加石墨烯的复合材料的数值大，当石墨烯的质
青岛科技大学研究生学位论文23在石墨烯质量份数达到最大份数4g时，炭黑/白炭黑的份数逐渐减小时，硫化时间和焦烧时间呈现先增大后减小的趋势。这可能是炭黑和白炭黑各自的比表面积有关，比表面积越小，胶料硫化速度就越快，硫化时间就越短，进而影响天然橡胶复合材料的力学性能。表3-4CB/GE/SiO2对天然橡胶复合材料的硫化参数Tab.3-4ThevulcanizationparametersofCB/GE/SiO2fornaturalrubbercompositesCB/GE/SiO2MH/（dNm）ML/（dNm）（MH-ML）/（dNm）Tc90/minTs2/min1#23.920.8623.068.171.752#23.761.122.66102.223#30.371.3429.0311.022.034#32.041.3130.739.911.795#11.590.5511.049.862.626#12.970.612.378.572.167#13.070.5812.4910.122.68#13.680.5113.1710.192.69#11.940.4511.499.472.5710#13.010.5912.429.32.3211#12.340.5211.827.742.0912#12.960.5312.439.062.3413#11.930.5411.399.462.5714#10.670.4710.29.112.6515#12.310.5211.798.522.216#11.530.3911.148.492.25图3-1CB/GE/SiO2对天然橡胶复合材料的硫化特性曲线Fig.3-1ThecuringcharacteristiccurveofCB/GE/SiO2onnaturalrubbercomposites
【参考文献】：
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[2]热冲击作用下多晶陶瓷微结构分形特征及损伤行为研究[D]. 齐菲.哈尔滨工业大学 2013
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[1]氧化石墨烯的功能化改性及其在抗氧化和油水分离方面的应用研究[D]. 张林.华南理工大学 2018
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[6]白炭黑补强天然橡胶的反应性加工及结构与性能[D]. 刘涛.青岛科技大学 2016
[7]橡胶复合材料高温磨耗表面微观结构特征及磨耗机理研究[D]. 张义.青岛科技大学 2016
[8]改性氧化石墨烯和石墨烯填充橡胶复合材料的制备及性能研究[D]. 熊晓刚.南京理工大学 2015
[9]天然橡胶/石墨烯/炭黑复合体系的结构与性能的研究[D]. 廖振斐.华南理工大学 2013
[10]基于分形理论的聚乙烯/贝壳粉复合材料性能的研究[D]. 施佳炜.东华大学 2011
本文编号：3375721
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