氧化石墨烯-橡膠納米復合材料疲勞性能的研究.pdf

1、橡膠疲勞是指橡膠制品在使用過程中物理機械性能下降的過程，橡膠的抗疲勞性能與生產(chǎn)生活中的安全性、可靠性息息相關(guān)。氧化石墨烯(GO)作為一種新型的二維碳質(zhì)材料，加入到橡膠基體中可以有效改善橡膠的抗疲勞破壞性能。本課題旨在探索GO對丁苯橡膠(SBR)疲勞性能的影響，從單軸拉伸疲勞和純剪切疲勞兩個角度出發(fā)，對GO的抗疲勞機理進行分析。
　　本論文中第一部分采用Hummers法制備得到GO，并且通過XPS、FTIR、XRD、TGA、AFM和

2、拉曼光譜等一系列表征，證明GO片層層間距變大，片層表面與片層間成功接入了含氧官能團。GO在水溶液中穩(wěn)定性好，不會發(fā)生沉降或團聚。
　　第二部分研究了GO/白炭黑/丁苯橡膠納米復合材料單軸拉伸疲勞性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著GO份數(shù)的增加，硫化曲線扭矩、混煉膠初始儲能模量、硫化膠損耗因子、力學性能都逐漸升高，而損耗因子與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸降低。對疲勞后的試樣，填料分散更均勻，GO發(fā)生一定程度的取向;試樣斷面逐漸變得平滑;交聯(lián)密度下降幅度隨著

3、GO份數(shù)的增加而逐漸變小。疲勞5萬次與疲勞2萬次的試樣相比，拉伸強度略微升高，拉斷伸長率降低，損耗因子升高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高。通過S-N曲線以及SED-N雙對數(shù)曲線可以發(fā)現(xiàn)，隨著GO份數(shù)的增多，試樣的疲勞壽命會得到提高。這些現(xiàn)象都與GO二維片層結(jié)構(gòu)在取向過程中能消耗更多能量有關(guān)。
　　第三部分研究了GO/丁苯橡膠納米復合材料的純剪切疲勞性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于純丁苯橡膠材料，疲勞前后試樣斷面平滑程度相似，疲勞性能較差;當撕裂能超過1

4、500J/m2時，裂紋擴展速率會迅速上升，且容易出現(xiàn)不穩(wěn)定增長。對GO/丁苯橡膠材料，隨著疲勞次數(shù)的增加， GO經(jīng)歷了一個重新分散的過程，并沿著受力方向發(fā)生取向;同時在疲勞后期觀察到試樣內(nèi)部開始出現(xiàn)微裂紋，且斷面逐漸變得平滑;交聯(lián)密度在疲勞40萬次以后下降明顯;從裂紋擴展來看，裂紋擴展曲線經(jīng)歷了一個先升高后降低再升高的過程。
　　第四部分研究了GO/白炭黑/丁苯橡膠納米復合材料的純剪切疲勞性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著白炭黑份數(shù)的增多，混煉

5、膠初始模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、力學性能逐漸提高，損耗因子逐漸降低;裂紋擴展速率在1500J/m2撕裂能范圍內(nèi)基本相同。對GO/白炭黑/丁苯橡膠復合材料的試樣在低應(yīng)變、純純剪切模式下進行疲勞研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)填料在疲勞過程中重新均勻分散，GO發(fā)生取向;樣品的斷面由粗糙變得平滑;交聯(lián)密度在疲勞20萬次后逐漸降低;當疲勞次數(shù)低于40萬次，撕裂能低于1000J/m2時，不同疲勞程度試樣的裂紋擴展速率基本相同;當疲勞次數(shù)超過60萬次，裂紋擴展速率開始不