关键词:
天然橡胶
实心轮胎
氧化石墨烯
氧化锌
动态温升
摘要:
天然橡胶因其优异的弹性、抗撕裂和耐磨特性,在实心轮胎领域得到广泛应用。实心轮胎在工程建设、国防领域和物流运输中起着重要的作用,提高实心橡胶轮胎的疲劳使用寿命是橡胶行业面临的一大挑战。尤其是在坦克装甲车中,实心负重轮承担着重要的角色,由于坦克本身重量大,行驶路况也比较复杂,这就要求实心轮胎必须具有更高的性能。如何使实心橡胶轮胎在拥有高力学性能的同时,还能赋予其良好的低动态生热性能,从而最终使橡胶轮胎的寿命延长,是目前亟需解决的问题。
由于根据制备的橡胶试样所测得的性能不足以准确预测其在实际具体使用情况下的表现。因此本文主要以氧化石墨烯(GO)作为功能填料,炭黑(CB)作为补强填料,从制备实心橡胶轮胎并进行性能测试入手,以改善实心轮胎的动态生热性能。本文所述的工作包含以下三个方面:
(1)采用胶乳共混法制备了氧化石墨烯改性天然橡胶复合材料,研究了实心橡胶轮胎的制备工艺。首先通过橡胶加工分析仪(RPA)对胶料一系列温度的硫化特征曲线进行了测试,对实心橡胶轮胎的硫化工艺,主要包括硫化时间、硫化温度和硫化压力,进行了研究。制备完成实心橡胶轮胎后,对实心轮胎截面的不同位置胶料进行了交联密度、硬度、差示扫描量热仪以及扫描电子显微镜等测试,对实心橡胶轮胎的硫化程度进行研究。
(2)为了评估所制备的氧化石墨烯改性天然橡胶的实心轮胎的动态生热性能,本章通过使用双工位疲劳试验机和滚动阻力测试仪,对轮胎在不同的工况下温升进行测试,并探究轮胎转速和承受载荷对实心轮胎温升的影响规律。测试结果表明,随着转速和载荷的增加,实心轮胎的温度由80℃上升到115℃。进一步,对实心轮胎的疲劳破坏形式进行了研究,台架试验结果表明,实心橡胶轮胎的破坏形式为表面出现裂纹后橡胶的大面积撕裂,导致掉块现象。因此,通过配方研究,制备实心橡胶轮胎进行台架试验,可以进一步预测实心轮胎实际应用的使用寿命,有利于开发出具有高模量、高动态力学性能和低生热的高性能轮胎。
(3)利用氧化石墨烯(GO)和氧化锌纳米颗粒之间的硫醇-烯点击反应,使ZnO纳米粒子负载在GO表面,获得的ZnO-GO填料可以防止GO片层的堆积,增加橡胶分子链与氧化石墨烯的接触面积,从而更好地发挥石墨烯的增强作用。进一步,利用(3-巯基丙基)三乙氧基硅烷(MPTS)对ZnO-GO填料进行改性,得到巯基功能化ZnO-GO填料(HS@ZnO-GO)。其不仅增强了填料与橡胶之间的界面相互作用,更重要的是,GO和氧化锌(ZnO)表面的巯基加速了硫化阶段的硫化效率,从而能够提高橡胶的硫化速度和交联密度,获得具有低动态生热和优异机械性能的橡胶复合材料。这对轮胎的高性能和长寿命非常重要,这一策略为制备低动态生热的石墨烯轮胎提供了一种新方法。