SSBR屈挠疲劳破坏的微观机理研究及轮胎

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1、分类号：学校代码：10426密级：学号：2007052901博士学位论文DOCTORDEGREETHESISSSBR屈挠疲劳破坏的微观机理研究及轮胎胎面基部胶的耐疲劳性能优化作者：孙学红指导教师：赵树高教授学科专业：材料加工工程专业代码：080503研究方向：高分子材料改性、复合与成型加工2011年6月6日青岛科技大学博士学位论文SSBR屈挠疲劳破坏的微观机理研究及轮胎胎面基部胶的耐疲劳性能优化学位论文完成日期：2011.06.06指导教师签字：答辩委员会成员签字：SSBR屈挠疲劳破坏的微观机理研究及轮胎胎面基部胶的耐疲劳性能优化青岛科技大学博士学位论文SSBR屈挠疲劳破坏的微观机理研究及

2、轮胎胎面基部胶的耐疲劳性能优化摘要本文首先以微观结构不同的六种溶聚丁苯橡胶SSBR-T2003、T2530、T2000R、T1534、C2564A和VSL5025-1为研究对象，采用橡胶加工分析仪（RPA2000）、动态力学分析（DMA）、扫描电子显微镜（SEM）等手段分别考察了这些SSBR的微观结构、配方因素、炭黑填充橡胶网络、硫化交联网络以及防老剂对硫化胶耐屈挠疲劳性能的影响，根据RPA检测结果比较了炭黑填充网络和硫化交联网络对硫化胶屈挠疲劳破坏的影响，并对硫化胶的屈挠疲劳性能与粘弹特性及复合力2学性能参数-强/粘比（T/M*G”）的相关性进行了考察。本研究工作将橡胶试样的SEM疲劳破

3、坏形貌分析与力学性能的相关性分析相结合，建立了炭黑填充橡胶的网络结构模型，并据此对SSBR屈挠疲劳破坏的微观机理进行了初步探讨。研究表明：硫化胶的耐屈挠疲劳性能随着SSBR玻璃化温度（Tg）的升高而增强，同时随着应变损耗模量的增大而降低。高1,2-结构充油SSBR具有优良的屈挠疲劳性能，而防老剂种类及炭黑填充量对硫化胶的耐屈挠疲劳性能具有重要贡献。实验结果显示，硫化橡胶的耐屈挠疲劳性能随着炭黑填充橡胶网络密度的增大先升后降，随着化学交联密度的增加而单调降低。SSBR的微观结构不同，其屈挠疲劳性能对应的最佳炭黑填充量也不同，但此时各硫化胶试样的粘弹特性22参数相差不大。实验表明，SSBR的屈

4、挠疲劳破坏机理与T/M*G″有关，T/M*G″2较低时硫化胶的屈挠疲劳破坏以机械强度破坏机理为主，T/M*G″较高时则以力-化学破坏机理为主，防老剂对以力-化学机理进行的疲劳破坏防护效果明显。2T/M*G″的物理意义为炭黑对填充橡胶的补强与损耗特性的贡献之比，单因素变2量硫化胶的屈挠疲劳性能随着T/M*G″的增大而提高。SEM观测分析结果表明胶料内部存在有潜在缺陷，潜在缺陷对硫化胶的屈挠疲劳破坏效应低于填充炭黑产2生的T/M*G″的作用。本研究工作针对疲劳历史不同的早期损坏轮胎样品进行了解剖分析，工作中采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）以及磁共

5、振交联密度仪（NMR-CDS）等实验方法考察了胎面基部胶的疲劳破坏现象，分析归纳了疲劳破坏的本质及其规律，并根据上述SSBR试样疲劳破坏机理的研究结果对工业实用配方进行了耐疲劳破坏性能优化。结果表明：轮胎行驶ISSBR屈挠疲劳破坏的微观机理研究及轮胎胎面基部胶的耐疲劳性能优化过程中基部胶的疲劳破坏以高温降解及机械疲劳破坏为主，炭黑粒子分散的均匀程度对疲劳破坏性能有明显影响，在基部胶中并用低滞后炭黑在降低胶料压缩疲劳生热的同时，可显著提高硫化胶的耐屈挠龟裂寿命，但对耐裂纹扩展能力不利。实验还表明，在基部胶配方中并用高1,2-结构充油SSBR并对补强体系作相应调整，硫化胶的耐屈挠疲劳性能显著提

6、高，其疲劳破坏界面的微观形貌呈现经受长时间屈挠变形取向后断裂的层层剥裂的沟壑状。关键词：溶聚丁苯橡胶屈挠疲劳破坏微观机理胎面基部胶交联网络II青岛科技大学博士学位论文STUDYONMICROSCOPICMECHANISMOFFLEXFATIGUEFAILUREOFSSBRANDOPTIMIZATIONOFFATIGUERESISTANCEOFTREADBASEABSTRACTFirstly,influenceoffactorssuchasmicro-structureofSSBR,compoundingingredients,filler-fillerandfiller-rubberrub

7、bernetwork,chemicalnetwork,processingadditiveTT100,antioxidant4020onflexfatiguelifeof6typesofSSBR,SSBR-T2003,T2530,T2000R,T1534,C2564AandVSL5025-1,withdifferentmicro-sructureswereinvestigated.Influenceoffiller-fi