热氧老化对炭黑填充橡胶拉伸力学性能的影响

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1、学校代码10530学号201230131797分类号O334、TQ332.1密级硕士学位论文热氧老化对炭黑填充橡胶拉伸力学性能的影响学位申请人李彦指导教师罗文波教授学院名称土木工程与力学学院学科专业一般力学与力学基础研究方向固体本构理论及应用二零一五年六月二日CHANGESINTENSILEMECHANICALPROPERTIESOFCARBONBLACKFILLEDRUBBERSBYTHERMALAGINGCandidateLiYanSupervisorLuoWenboCollegeCollegeofCivilEngineeringa

2、ndMechanicsProgramGeneralandFundamentalMechanicsSpecializationConstitutivetheoryofSolidsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在

3、文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要橡胶属于黏超弹性复合材料，具有优良的弹性和柔软度，因而广泛应用于工业生产、生活中。但天然橡胶(NR

4、)本身的强度并不高，因此并不能够完全满足工业需求，经过炭黑填充NR橡胶的性能得到改良，强度增加，交联密度增大。纵然炭黑改良橡胶的性能优良，但是仍然无法完全避免外界环境的作用，例如炭黑填充NR橡胶在使用、运输、存储的过程中容易受到光、氧、热的影响，这些因素的综合作用会导致橡胶的老化。老化不仅导致橡胶的外观发生改变，也会致使材料的内部交联结构发生断裂和重组，客观的力学性能也发生相应的变化。本文将炭黑填充橡胶在不同温度下进行不同时长的热氧老化，并对老化后的试样进行交联密度和力学性能测试，研究热氧老化对材料微观交联程度和宏观拉伸力学性能的影响。

5、主要研究工作及结论如下：1.对经历不同热氧老化历史的炭黑填充NR硫化胶，采用平衡溶胀法测量其交联密度。通过分析炭黑填充NR橡胶老化前后交联密度的变化来衡量橡胶的老化程度。结果表明：随着老化时间以及老化温度的增加，材料的交联密度增大。此外，相同老化条件下的橡胶材料，其交联密度随着炭黑份量的增加也有所增大。2.采用Instron5943单立柱材料试验机对经历不同老化历史的橡胶试样进行单轴拉伸和撕裂试验。从拉伸应力-应变曲线中获知材料的初始弹性模量、拉伸强度和断裂拉伸力学性能。结果表明：随着老化时间以及老化温度的增加，填充橡胶的拉伸强度和断裂

6、拉伸比逐渐减小，但其初始弹性模量逐渐增大。撕裂测试表明：随着老化时间的增加，撕裂强度逐渐降低。3.建立了热氧老化炭黑填充橡胶交联密度与拉伸力学性能之间的关系。测试结果表明，随着橡胶交联密度的增加，材料的拉伸强度和断裂拉伸比逐渐减小；橡胶弹性理论与测试结果均表明，交联密度与初始弹性模量成线性关系。4.讨论了Neo-Hooke模型和Mooney-Rivlin模型对热氧老化炭黑填充橡胶的适用性，经过分析拟合发现，就本论文试验材料而言，老化后的炭黑填充橡胶在中等变形下可采用Neo-Hooke模型来描述，但此时Mooney-Rivlin模型并不适

7、用。关键词：炭黑填充橡胶；平衡溶胀；交联密度；拉伸强度；断裂拉伸比；初始弹性模量；撕裂强度IABSTRACTRubberregardedasavisco-hyperelasticcompositematerialhasawiderangeofapplicationsinourdailylifeandindustry.Thoughthestrengthofnaturalrubbercannotfullysatisfytheindustrialrequirements,rubberstrengthandcrosslinkdensityinc

8、reasewiththeabsorptionofcarbonblack.Inspiteoftheexcellentmechanicalperformanceofthecarbonblack-filledna