硅藻土_炭黑填充橡胶复合材料力学性能研究.pdf

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1、硕士学位论文硅藻土/炭黑填充橡胶复合材料力学性能研究MECHANICALPROPERTIESOFDIATOMITE/CARBONBLACKFILLEDRUBBERCOMPOSITES衡忠超哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ330.38学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文硅藻土/炭黑填充橡胶复合材料力学性能研究硕士研究生：衡忠超导师：谢志民教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifie

2、dIndex:TQ330.38U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMECHANICALPROPERTIESOFDIATOMITE/CARBONBLACKFILLEDRUBBERCOMPOSITESCandidate：HengZhongchaoSupervisor：Prof.XieZhiminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffili

3、ation：CenterforCompositeMaterialsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要纯橡胶通常需要添加各种填料与助剂进行补强与功能化以满足应用要求，其中炭黑是使用最广泛的橡胶补强填料，但炭黑在橡胶中的作用也有一定的局限性，如填充材料生热、磨耗等性能等需要改善。近期研究表明，含孔隙结构的硅藻土材料添加到橡胶中可有效降低填充橡胶的生热，但是硅藻土的

4、补强作用还不明确。本文在对硅藻土颗粒的物理化学结构分析的基础上，开展了硅藻土/炭黑双相填料填充橡胶复合材料力学性能研究。通过XRD、XPS、SEM、TEM等测试，对硅藻土颗粒进行了物理化学结构表征。结果表明：硅藻土颗粒具有较高的比表面积和孔隙结构，主要成分为二氧化硅（SiO2），颗粒表面存在大量的硅羟基（Si-OH），这也是引起硅藻土团聚的重要原因。制备了不同配比的橡胶复合材料，通过准静态和动态力学性能测试研究了硅藻土颗粒的补强机理。通过填料网络之间的内聚能计算，并结合改进CCA模型对Payne效应的讨论，分析了硅藻

5、土颗粒对填料网络结构的影响规律，发现填充少量的硅藻土填料可以使炭黑填料网络更加稳定，而填充过多硅藻土填料反而破坏了炭黑填料网络的结构，导致补强效果下降。利用有限元方法对填充橡胶代表体积单元（RVE）模型进行分析，通过建立单相颗粒填充RVE模型探究了填料颗粒参数、以及孔隙结构对材料性能的影响，并对孔隙结构可能会产生的一种负压吸附作用进行了讨论。进一步建立了硅藻土/炭黑双相填料填充橡胶复合材料的RVE模型，分析了硅藻土对填充胶力学性能的影响，并提出了一种“双x型”填料网络模型对其补强机理进行了分析。通过动态力学性能测试及

6、填料网络的Payne效应分析，以及颗粒填充材料的力学性能的数值模拟研究，获得的硅藻土补强橡胶的作用机理，为新型填料的研发提供了依据。关键词：硅藻土；双相填料；Payne效应；RVE模型；填料网络I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractPurerubberusuallyneedstoaddvariousfillersandauxiliariestoreinforceandfunctionalizetomeetapplicationrequirements.Carbonblackisthemostwidelyus

7、edrubberreinforcingfiller,buttheroleofcarbonblackinrubberalsohascertainlimitations,suchasFillerheat,wearandotherpropertiesneedtobeimproved.Recentstudieshaveshownthattheadditionofdiatomitematerialcontainingporestructuretorubbercaneffectivelyreducetheheatgenerate

8、dbyrubberfilling,butthereinforcingeffectofdiatomiteisnotyetclear.Inthispaper,basedontheanalysisofthephysicochemicalstructureofdiatomiteparticles,themechanicalpropertiesofdia