碳纤维/石墨烯协同改性NR/BR混炼实验研究

发布时间：2023-02-26 02:20

　　由于轮胎行业的迅速发展,现在轮胎制品的质量及性能已满足不了人们的要求。碳纤维(CF)因其比强度、比模量高,耐疲劳、耐磨性好;还原氧化石墨烯(rGO)因其强度大、导电导热性能好。二者应用于橡胶轮胎中,会有常规填料达不到的效果,因此本文对NR/BR胎面胶进行研究。国内外的研究学者对NR/BR进行了探索和研究,取得了一定的研究成果,但对碳纤维/石墨烯二者共混补强NR/BR的研究报道较少;对还原氧化石墨烯补强NR/BR的研究有待深入等等。这些不足制约着碳纤维/石墨烯在NR/BR胎面胶中大量使用,所以对碳纤维/石墨烯在NR/BR胎面胶中深入系统的研究具有重要意义。本文运用理论研究、实验对比,模拟分析三种研究方法,从碳纤维/石墨烯结构及性能入手,系统研究其配比对胶料性能的影响,并对胶料从宏观及微观性能方面进行了分析。研究了不同排胶温度对加入石墨烯的NR/BR混炼胶性能的影响。设计了拉伸型转子结构,采用模拟分析方法及实验验证方法对胶料混炼过程进行分析。本文所做的主要研究工作和所取得的成果如下:(1)探究不同份数碳纤维对NR/BR硫化胶力学性能影响和在橡胶体系中的导热导电及分散效果,结果表明:碳纤维的...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 碳纤维结构与性能
        1.2.1 碳纤维结构
        1.2.2 碳纤维性能
    1.3 碳纤维在聚合物复合材料中的应用
        1.3.1 飞机和汽车制造
        1.3.2 体育休闲用品
        1.3.3 土木工程
        1.3.4 风力发电
        1.3.5 轮胎制品
        1.3.6 产业现状
    1.4 石墨烯概述及制备方法
        1.4.1 机械剥离法
        1.4.2 氧化还原法
        1.4.3 SiC外延法
        1.4.4 石墨烯特性
    1.5 橡胶混炼的外场条件
        1.5.1 橡胶混炼的温度场
        1.5.2 密炼机转子结构对胶料混炼的影响
    1.6 本文研究的目的及意义、主要研究内容
        1.6.1 本文研究的目的及意义
        1.6.2 本文研究的主要内容
2 碳纤维对NR/BR胶料性能影响研究
    2.1 引言
    2.2 实验原料
    2.3 实验设备及仪器
    2.4 不同碳纤维份数填充NR/BR实验研究
        2.4.1 实验配方
        2.4.2 试样制备
        2.4.3 试样性能测试
            2.4.3.1 门尼粘度测试
            2.4.3.2 无转子硫化仪测试
            2.4.3.3 RPA测试
            2.4.3.4 拉伸与撕裂测试
            2.4.3.5 动态热机械分析仪（DMA）测试
            2.4.3.6 邵尔硬度测试
            2.4.3.7 导电测试
            2.4.3.8 导热测试
            2.4.3.9 扫描电镜测试
        2.4.4 结果与分析
            2.4.4.1 碳纤维填充对NR/BR混炼胶门尼粘度影响
            2.4.4.2 碳纤维填充对NR/BR混炼胶硫化特性影响
            2.4.4.3 碳纤维填充对NR/BR硫化胶物理性能影响
            2.4.4.4 碳纤维填充对NR/BR混炼胶动态流动性能影响
            2.4.4.5 碳纤维填充对NR/BR混炼胶动态力学性能影响
            2.4.4.6 碳纤维填充对NR/BR硫化胶导热特性影响
            2.4.4.7 碳纤维填充对NR/BR硫化胶导电特性影响
            2.4.4.8 碳纤维填充对NR/BR硫化胶微观性能影响
        2.4.5 小结
    2.5 不同白炭黑份数对填充碳纤维的NR/BR胎面胶性能研究
        2.5.1 主要原材料
        2.5.2 实验仪器和设备
        2.5.3 试样制备
        2.5.4 性能测试
        2.5.5 结果与分析
            2.5.5.1 白炭黑填充对NR/BR混炼胶流动性影响
            2.5.5.2 白炭黑填充对NR/BR混炼胶硫化特性影响
            2.5.5.3 白炭黑填充对NR/BR硫化胶物理特性影响
            2.5.5.4 白炭黑填充对NR/BR混炼胶动态流变性能影响
            2.5.5.5 白炭黑填充对NR/BR硫化胶动态力学性能影响
        2.5.6 小结
3 碳纤维/石墨烯共混及排胶温度对NR/BR的性能研究
    3.1 不同份数碳纤维/石墨烯填充对NR/BR混炼胶性能研究
        3.1.1 实验基本配方
        3.1.2 实验仪器和设备
        3.1.3 试样制备
        3.1.4 测试结果与分析
            3.1.4.1 碳纤维/石墨烯填充对 NR/BR 混炼胶门尼粘度影响
            3.1.4.2 碳纤维/石墨烯填充对NR/BR混炼胶硫化性能影响
            3.1.4.3 碳纤维/石墨烯填充对NR/BR硫化胶物理性能影响
            3.1.4.4 碳纤维/石墨烯填充对NR/BR混炼胶动态流动特性影响
            3.1.4.5 碳纤维/石墨烯填充对NR/BR硫化胶动态力学特性影响
            3.1.4.6 石墨烯填充对NR/BR硫化胶导电特性影响
            3.1.4.7 石墨烯填充对NR/BR硫化胶导热特性影响
            3.1.4.8 碳纤维/石墨烯填充对NR/BR硫化胶微观性能影响
        3.1.5 小结
    3.2 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR混炼胶制品性能的影响
        3.2.1 实验基本配方
        3.2.2 实验仪器和设备
        3.2.3 试样制备
        3.2.4 测试结果与分析
            3.2.4.1 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR硫化胶物理性能影响
            3.2.4.2 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR混炼胶硫化性能影响
            3.2.4.3 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR混炼胶动态流变性能影响
            3.2.4.4 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR硫化胶动态力学性能影响
            3.2.4.5 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR硫化胶分散度影响
            3.2.4.6 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR硫化胶微观性能影响
            3.2.4.7 排胶温度对填充石墨烯的NR/BR硫化胶导热性能影响
        3.2.5 小结
4 拉伸型转子设计及流场模拟
    4.1 拉伸型转子设计
        4.1.1 拉伸型转子研究的背景
        4.1.2 拉伸型转子混炼原理
        4.1.3 拉伸型转子三维模型
    4.2 拉伸型转子流场数值模拟
        4.2.1 计算流体动力学
        4.2.2 POLYFLOW软件的发展及应用
        4.2.3 流场模拟的控制方程
            4.2.3.1 质量守恒方程
            4.2.3.2 动量守恒方程
            4.2.3.3 能量守恒方程
        4.2.4 拉伸型转子有限元网格的划分
        4.2.5 流场模拟基本假设及初始条件
            4.2.5.1 流场分析基本假设条件
            4.2.5.2 流场参数及模型边界设定
            4.2.5.3 流场参数设定
        4.2.6 模拟结果分析
            4.2.6.1 压力场分析
            4.2.6.2 速度场分析
            4.2.6.3 黏度场分析
            4.2.6.4 混合指数分析
    4.3 本章小结
5 实验结果分析
    5.1 实验配方及方案
    5.2 实验仪器和设备
    5.3 试样制备
    5.4 测试结果与分析
        5.4.1 转子构型对NR/BR硫化胶物理性能影响
        5.4.2 转子构型对NR/BR硫化胶分散性能影响
        5.4.3 转子构型对NR/BR混炼胶动态流变性能影响
        5.4.4 转子构型对NR/BR混炼胶消耗最大功率影响
    5.5 本章小结
6 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 本文主要创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读研究生学位期间发表的学术论文目录



本文编号：3749613