發(fā)布時(shí)間：2020-10-23 00:03

　　 我國是世界橡膠消費(fèi)大國,70%以上的橡膠用在汽車橡膠上,特別是輪胎。隨著汽車工業(yè)蓬勃的發(fā)展,輪胎的耐磨性、抗?jié)窕�和安全性等方面性能的提高已成為關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的輪胎橡膠已不能滿足輪胎日益發(fā)展的需求,尋找新型材料替代部分輪胎材料是提高輪胎性能的必由之路。目前,杜仲膠代替部分輪胎橡膠材料已取得了巨大的進(jìn)展,但也面臨更多的挑戰(zhàn)。本文從杜仲樹葉和杜仲精粉的廢棄物中提取天然杜仲膠(EUG),與丁腈橡膠(NBR)、天然橡膠(NR)和順丁橡膠(BR)等主要輪胎橡膠以及石墨烯制備共混物。借助Materials Studio軟件建立橡膠和杜仲膠分子鏈模型,采用分子動力學(xué)、介觀動力學(xué)、徑向分布函數(shù)、相互作用參數(shù)以及共混實(shí)驗(yàn)等,分析共混物的相容機(jī)理。制備了天然杜仲膠/丁腈橡膠、天然杜仲膠/天然橡膠、天然杜仲膠/順丁橡膠等共混物。采用掃描電鏡(SEM)、差示掃描量熱儀(DSC)、動態(tài)機(jī)械熱分析儀(DMA)、紅外分析等手段對共混物的相容性進(jìn)行驗(yàn)證,研究了杜仲膠對共混物拉伸強(qiáng)度、老化行為和摩擦磨損等性能的影響。本文主要結(jié)論如下:1.模擬結(jié)果表明NBR/EUG膠共混體系在室溫下不相容,當(dāng)共混溫度超過l00℃時(shí)共混體系才具有相容性。在室溫下,NR/EUG體系二者均具有良好的相容性。在室溫下,EUG/BR體系相容性較差,杜仲膠含量50份以下,體系具有相容性,當(dāng)杜仲膠含量超50份時(shí),共混體系不相容。2.根據(jù)模擬的相容性結(jié)果,分別對三種體系的共混進(jìn)行了共混實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。通過共混實(shí)驗(yàn)得到了三種共混體系的最佳共混工藝參數(shù)以及杜仲膠的煉膠工藝:EUG/NBR共混工藝參數(shù)為共混溫度90℃,時(shí)間30分鐘。NR/EUG共混的工藝為共混溫度70℃,共混時(shí)間為30分鐘。BR/EUG共混的工藝參數(shù)為共混溫度為60℃,共混時(shí)間為40分鐘。杜仲生膠的煉膠工藝參數(shù)為煉膠溫度為80℃,共混時(shí)間為20分鐘。3.在共混體系硫化交聯(lián)反應(yīng)后,共混物溫度降低,共混物中的杜仲膠大分子鏈就會發(fā)生微量結(jié)晶,這種微量結(jié)晶相就會逐漸析出分離形成一個(gè)微小的顆粒狀結(jié)晶體,這種時(shí),微相增強(qiáng)達(dá)到最好,二者分子鏈的協(xié)同效應(yīng)較好,故共混物具有較好的力學(xué)性能。4.采用分子模擬解釋杜仲膠與天然橡膠、丁腈橡膠和順丁橡膠的相容機(jī)理。在NBR/EUG共混體系中,杜仲膠中碳碳雙鍵(-CH=CH-)與丁腈橡膠中(-CH2-CH=CH-CH2-)和(-CH2-CH-CN)都有相容性,但是(-CH2-cH-cN)官能團(tuán)對相容性的貢獻(xiàn)較大;在NR/EUG共混體系中,二者分子結(jié)構(gòu)相同互為順反式,都含有的(-CH=CH-)官能團(tuán),但結(jié)構(gòu)不對稱,二者相容性好;在BR/EUG中,都含有(-CH=CH-)官能團(tuán),但BR中的(-CH=CH-)官能團(tuán)之間有兩個(gè)以上的飽和碳原子間隔,且碳碳雙鍵周圍的結(jié)構(gòu)是對稱分布的,能量較為穩(wěn)定,二者相容性不好。5.三元共混結(jié)果表明石墨烯與NBR/EUG基體的相容性較差,而與NR/EUG基體的相容性較好。對于NBR/EUG/GO和NR/EUG/GO復(fù)合材料摩擦磨損性能,前者隨石墨烯含量的增加,其摩擦系數(shù)和磨損量均逐漸增加;后者摩擦系數(shù)卻逐漸降低,而磨損量先降后升。摩擦磨損機(jī)理前者是以磨粒磨損為主,伴隨著粘著磨損,后者以粘著磨損為主伴隨著少量的氧化磨損。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ330.1
【部分圖文】：

杜仲膠的分子結(jié)構(gòu)為反式聚異戊二烯，而天然橡戊二烯，見圖 1-1 所示。由于在杜仲膠分子結(jié)構(gòu)中，次甲基位而言原子排列比較對稱，分子也能較為規(guī)整的溶入晶體結(jié)構(gòu)中也相差很大[4]。杜仲橡膠在室溫下為固態(tài)，具有堅(jiān)韌性，是一晶，其熔點(diǎn)為 60℃[5, 6]。杜仲膠的密度為 0.95-0.98 g/cm-3，其3000。杜仲膠純膠，在 10℃時(shí)開始結(jié)晶，在 40-50℃開始軟化并℃軟化，具有可塑性，但冷卻后可恢復(fù)原來的性質(zhì)[7, 8]。具有其獨(dú)特的結(jié)晶性能，導(dǎo)致杜仲膠在不同的溫度以及不同的性能，從而開發(fā)出三類不同用途的材料：熱塑性材料、熱彈性的杜仲膠在用作彈性材料時(shí)，硫化后的綜合性能并不理想，一0]。杜仲膠與天然橡膠、順丁橡膠、聚乙烯等其他橡塑材料的，在保持原膠獨(dú)有特性的基礎(chǔ)上可降低共混生熱、改善其焦燒動態(tài)耐疲勞性能和拉伸強(qiáng)度等，較好地滿足了當(dāng)前綠色輪胎及0, 11]。另外，杜仲膠還是一種滾動阻力低、加工生熱低和耐疲]。

圖 1-2 -晶型和 β 晶型的分子結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 Macromolecular structures of -form and β-form of EUG性能的研究過程并不順利，杜仲膠的分子結(jié)構(gòu)具有三個(gè)明顯的特征，它的反式結(jié)構(gòu)[15]。鏈的柔性是獲得彈性鏈的必要條件，天橡膠膠與天然橡膠有著相似分子結(jié)構(gòu)以及類似的柔性鍵，開發(fā)其成為性；分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵成為杜仲膠可以硫化加工的重要條件[16真正了解杜仲膠，采用傳統(tǒng)的天然橡膠硫化配方對杜仲膠進(jìn)行實(shí)性體，只得到了類似皮革的硬質(zhì)材料。 到目前為止，又有許多益的實(shí)驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)，一是杜仲膠的結(jié)晶與獲得其彈性性能有著密制其結(jié)晶，可以提高其彈性性質(zhì)[17]；二是杜仲膠的結(jié)晶狀況與相關(guān)性，在杜仲膠硫化過程中，不同階段與其性能突變存在依賴化時(shí)的臨界交聯(lián)程度，將杜仲膠制成彈性橡膠。所以通過控制杜聯(lián)度的轉(zhuǎn)變規(guī)律三階段特性，可獲相對應(yīng)的三種不同的微觀結(jié)構(gòu)種不同性能的材料[18]，如表 1 所示。

模擬與實(shí)驗(yàn)分析的化學(xué)性質(zhì)，建立相對合理的分子結(jié)構(gòu)與介觀分子動力學(xué)模擬之間的關(guān)系，對模擬體系子鏈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化。簡化主要是對分子鏈進(jìn)行粗化，原來的分子鏈將由具有重復(fù)單元高斯鏈代替。高斯鏈?zhǔn)怯稍S多珠子組成的，高斯鏈中的所有珠子具有相同的體積，原始系模擬的粗化程度會對高斯鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著重要的影響�？筛鶕�(jù)公式（2-2）模擬分的高斯鏈結(jié)構(gòu)。 CNNmeso（2式中，mesoN 為聚合物分子粗化后所含的珠子個(gè)數(shù)；N 代表聚合物的聚合度； C 代表聚物分子鏈的極限特征比。對于杜仲膠和丁腈橡膠的極限特征比可由 Materials studio 軟件的 Synthia 模塊計(jì)算，結(jié)果分別為 5.149 and 5.4892。
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本文編號：2852262