温度对橡胶力学性能的影响及机理研究

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本文以顺丁橡胶(BR)和氢化丁腈橡胶(HNBR)为主体,考察了不同补强体系和硫化体系的硫化胶的物理机械性能和动态力学性能在温度场中的变化规律,通过对硫化胶的回弹性、硬度、拉伸强度、断裂伸长率、应力松弛和动态力学性能的测试,探索了极性和非极性橡胶内部分子链、化学交联网络和物理交联网络等微观结构对于温度的不同响应情况,为极端环境下使用的橡胶制品的发展提供理论依据与方法指导。研究了温度对不同补强体系和不同硫化体系的BR硫化胶的物理机械性能和动态力学性能的影响。结果表明,随着温度升高,不同炭黑用量和不同硫化体系的BR硫化胶的回弹性和硬度均逐渐增大,拉伸强度和断裂伸长率逐渐减小,50%和100%定伸应力逐渐增大,应力松弛速率逐渐加快,储能模量逐渐增大。炭黑用量越多,BR硫化胶在高温下的拉伸强度、断裂伸长率和拉伸强度保持率均越高。多硫交联键含量高的BR硫化胶在高温下的拉伸强度和断裂伸长率较高,碳碳交联键含量高的BR硫化胶在高温下的定伸应力和拉伸强度保持率较高。研究了温度对不同炭黑用量和不同硫化体系的HNBR硫化胶的物理机械性能和动态力学性能的影响。结果表明,随着温度升高,不同炭黑用量和不同硫化体系的HNBR硫化胶的硬度和拉伸强度均逐渐减小,回弹性和断裂伸长率在25℃到50℃范围内先增大,随后逐渐减小,应力松弛20min后平衡应力占比逐渐减小,储能模量逐渐减小。炭黑用量的越多,HNBR硫化胶在高温下的拉伸强度和强度保持率均越高。硫磺硫化体系的HNBR硫化胶在高温下的拉伸强度和断裂伸长率较高,过氧化物硫化体系的HNBR硫化胶在高温下的定伸应力和强度保持率较高,应力松弛速率较慢,高温下具有更好的力学性能保持率。对比了BR与HNBR的力学性能随温度升高的不同变化趋势,通过橡胶加工分析仪(RPA)比较极性与非极性橡胶对温度的响应规律,并探究了在升温过程中两种橡胶微观网络结构的变化机理。结果表明,室温下,极性橡胶的分子间作用力比非极性橡胶的分子间作用力大,但对温度更为敏感,升高温度使得极性橡胶生胶的模量减小的速率大大超过非极性橡胶。炭黑在非极性橡胶中更好的分散性以及更多的结合橡胶含量,使得非极性橡胶随温度升高的性能保持率优于极性橡胶。升温过程中,橡胶材料内各微观网络结构发生的变化不同,宏观物理机械性能的变化是多种因素共同作用的结果。
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