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氢化丁腈橡胶(HNBR)具有良好的力学性能、耐油性、耐高温性和耐化学品腐蚀性,被广泛地应用于机械、汽车、石油、化工等领域。碳纳米管具有大长径比、纳米管径等独特的结构特点,是橡胶工业中一种重要的纳米填料。近年来,氢化丁腈橡胶/碳纳米管复合材料的制备和性能研究成为了研究热点之一。本文以氢化丁腈橡胶为基体,多壁碳纳米管(MWCNT)为纳米填料,制备HNBR/MWCNT复合材料。研究碳纳米管用量、老化时间和热油老化方式对复合材料的单轴拉伸、压缩应力应变、应力软化和应力松弛等力学行为的影响,通过红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)以及元素分析(EDS)对HNBR/MWCNT复合材料进行表征。首先,通过Mooney-Rivlin方程和Ogden模型方程分别对复合材料拉伸应力应变行为以及压缩应力应变行为进行研究,结果表明复合材料的拉伸应力、拉伸弹性模量、压缩应力、压缩弹性模量以及压缩应变能密度均随着碳纳米管用量的增加而增大;随着碳纳米管用量的增加,老化后复合材料的拉伸强度保持率、压缩弹性模量保持率提高;与未压缩热油老化后的复合材料相比,压缩状态热油老化后复合材料的压缩应力以及压缩模量降低程度较大。其次,研究复合材料在循环压缩过程中的应力软化,结果表明,复合材料中碳纳米管用量越大,复合材料的压缩应力软化程度也越大,纯硫化胶的应力软化程度为17.34%,而碳纳米管用量为8wt.%的复合材料的应力软化为22.82%;复合材料经高温油老化后,其应力软化降低;压缩耐油老化条件下复合材料的应力软化程度较未压缩状态耐油老化的复合材料要小,老化12天后,碳纳米管含量为8wt.%的复合材料在压缩状态下的应力软化程度为15.79%,而未压缩状态下的应力软化程度为17.65%。然后,通过建立3个Maxwell元件与1个弹簧并联的应力松弛模型,研究复合材料的物理应力松弛行为,模型方程分析结果表明,复合材料的松弛时间在整体上随着复合材料中碳纳米管用量的增加而呈现递减的趋势;研究复合材料在高温油压缩环境下复合材料的化学应力松弛行为,通过经验方程分析表明,复合材料中碳纳米管含量越高,复合材料的老化速率常数k就越小,碳纳米管含量为4wt.%的复合材料,其老化速率常数k为0.300,当碳纳米管含量为8wt.%时,复合材料的k降低至0.206。最后,通过FT-IR、TGA、SEM和EDS分析对复合材料的老化特性进行表征。FT-IR分析表明,在高温油中老化后,复合材料主要红外吸收峰的位置、强度和形状都基本相同,表明复合材料具有较好的化学结构稳定性;TGA分析结果表明复合材料具有优异的耐热性能。与未老化的复合材料相比,碳纳米管含量为8wt.%的复合材料在高温油中老化16天后,其橡胶分子主链分解所对应的最大分解速率温度(Tmax2)下降4.2℃,下降幅度仅为0.89%。SEM分析表明,经热油老化后,复合材料外缘区域样品的断面粗糙度较大,最内层区域样品断面则显得光滑平整。经热油老化后,复合材料从最内层区域变化至外缘区域,C元素含量逐渐降低,而O元素含量逐渐升高,复合材料外缘的氧化程度最高。此外,对于相同的取样位置,压缩状态热油老化后复合材料的O元素含量较高,表明压缩状态会加剧复合材料的热油老化。