【摘要】：橡膠彈性體本構理論是橡膠科學中非常重要的研究課題。在過去的一個多世紀中提出了一些本構模型。隨著炭黑增強橡膠復合材料研究的深入,發(fā)現(xiàn)了高分子鏈和炭黑聚集體間相互作用一些新現(xiàn)象,如逾滲現(xiàn)象,這些現(xiàn)象需要用新理論進行描述。因此,探索增強彈性體復合材料新理論具有非常重要的意義。本研究的主要內容如下：(1)在近期發(fā)現(xiàn)的高分子鏈在炭黑聚集體表面的滑移現(xiàn)象及炭黑聚體間高分子鏈解縛現(xiàn)象的基礎上對炭黑填充橡膠的大分子網絡鏈組本構模型進行了修正,并對修正前后的本構模型進行實驗檢驗,結果表明修正后本構模型結果比修正前結果與實驗數(shù)據(jù)的吻合效果更好。(2)采用代表性體積單元(RVE)分析了粒子體積分數(shù)、粒子外形、粒子直徑及粒子分散對復合材料力學性能的影響。結果表明隨著炭黑粒子體積分數(shù)的增加,橡膠復合材料的模量逐漸增大；在一定范圍內,粒徑越小對復合材料的增強越有利；粒子外形為球形、三棱柱、20面體及圓柱形對復合材料模量影響大小的排序是：三棱柱圓柱20面體球形；粒子分散度越大,對應的復合材料的模量越大。(3)采用代表性體積單元(RVE)從細觀角度研究了納米級別炭黑粒子粒徑、分散度及粒子外形進行了正交仿真實驗研究,結果表明對復合材料力學性能影響大小的排序是：粒子體積分數(shù)粒子外形分散度。(4)研究了炭黑粒子和橡膠基質之間的界面層對復合力學性能的影響程度。研究表明,界面層厚度減小,會使復合材料的等效模量變��；厚度較小時,界面相對剛度影響較弱。界面相模量增加,復合材料等效模量也在增加；復合材料組成成分承受應力排序為：顆粒內部應力界面層應力基體應力.
[Abstract]:The constitutive theory of rubber elastomer is a very important research topic in rubber science. Some constitutive models have been proposed in the past century. With the development of carbon black reinforced rubber composites some new phenomena such as percolation between polymer chains and carbon black aggregates have been found which need to be described by new theory. Therefore, it is of great significance to explore the new theory of reinforced elastomer composites. The main contents of this study are as follows: (1) on the basis of the slippage of polymer chains on the surface of carbon black aggregates and the phenomenon of polymer chain unbonding between carbon black polymers, the macromolecular network chain structure of carbon black filled rubber was studied. The model is modified, The experimental results show that the modified constitutive model is in better agreement with the experimental data. (2) the particle volume fraction and particle shape are analyzed by the representative volume unit (RVE). Effects of particle diameter and particle dispersion on mechanical properties of composites. The results show that the modulus of rubber composites increases gradually with the increase of volume fraction of carbon black particles, and the smaller the particle size is, the more favorable the composite is. The order of the influence of triangular prism on the modulus of composite material is as follows: the shape of triangular prism is spherical, the dispersion of particles is larger, (3) the particle size, dispersion and shape of nano-sized carbon black particles were studied from the meso point of view by the representative volume unit (RVE). The results show that the order of influence on the mechanical properties of composites is particle volume fraction particle shape dispersion. (4) the influence of the interfacial layer between carbon black particles and rubber matrix on the composite mechanical properties is studied. The results show that the thickness of the interface layer decreases the equivalent modulus of the composite is smaller and the relative stiffness of the interface is weaker when the thickness is small. The equivalent modulus of the composite increases with the increase of the interfacial mode, and the composition of the composite is in the order of the stress in the interfacial layer of the particle and the stress matrix stress in the interfacial layer.
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ334;TB33

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本文編號：2203443