【摘 要】
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磨耗性能是橡胶材料的重要性能指标之一,对橡胶制品的耐久性和安全性有重要影响。本文主要探究了填料填充比例和温度等宏观因素对橡胶磨耗特性的影响,通过表征橡胶磨耗表面微观形貌和考察磨耗表面粗糙度参数进一步分析了橡胶磨耗特性。在磨耗实验的基础上,采用分子动力学模拟方法,以天然橡胶作为研究对象,采用实验研究与模拟相结合的方法,对其在不同温度下的磨耗特性进行了研究。（1）探究了填料炭黑不同种类和份数对橡胶复合
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磨耗性能是橡胶材料的重要性能指标之一,对橡胶制品的耐久性和安全性有重要影响。本文主要探究了填料填充比例和温度等宏观因素对橡胶磨耗特性的影响,通过表征橡胶磨耗表面微观形貌和考察磨耗表面粗糙度参数进一步分析了橡胶磨耗特性。在磨耗实验的基础上,采用分子动力学模拟方法,以天然橡胶作为研究对象,采用实验研究与模拟相结合的方法,对其在不同温度下的磨耗特性进行了研究。（1）探究了填料炭黑不同种类和份数对橡胶复合材料机械性能和磨耗性能的影响。不同种类CB填充的CB/GNS/NR复合材料,粒径越小,复合材料的力学性能、硬度、导热导电性能提高越明显,耐磨性能越好。当填料填充达到28phr时,CB/GNS/NR复合材料的拉伸性能达到最佳;导热率随CB用量的增加呈逐渐升高趋势;常温下橡胶复合材料的磨耗体积随CB用量的增多而减小,耐磨性能增强。（2）利用橡胶高温磨耗试验台重点探究了温度因素对橡胶磨耗性能的影响。随着温度的升高,橡胶复合材料的磨耗量呈逐渐增大趋势。在低温区随温度升高磨耗量增加的幅度较小,磨耗材料表面磨纹沟壑明显,脊状磨纹间距大且分界线清晰,中温区橡胶磨耗量明显增大,磨耗表面形貌结构逐渐复杂化。温度达到60°C后,进入高温区,磨耗特性由干磨粒磨耗向油性磨粒磨耗转变,磨屑形貌由形状较小且不规则的多角体碎屑状向聚集性大颗粒状转变。（3）利用分子动力学模拟方法构建了天然橡胶分子动力学模型,通过构建Pure NR和GNS/NR微观尺度上的分子动力学构型,模拟计算了两种材料的热力学性能和摩擦性能。分子动力学模拟结果表明,加入GNS的天然橡胶复合材料基体,弹性模量提升了110%,拉伸性能提高了178%,剪切模量提高了94.8%,热导率提高了59%,玻璃化转变温度由223K上升为236K,橡胶复合材料的热力学性能得到了有效的改善。从摩擦界面的微观信息分析发现,Pure NR基体与金属Fe层摩擦界面处的原子速度较快,原子浓度较高,摩擦界面的温升较大,系统能量较高。GNS对复合材料基体摩擦界面处的各项作用因素均有明显改善,说明GNS对NR材料基体摩擦性能具有增强作用。为预测无机纳米材料增强橡胶复合材料的热力学性能和摩擦特性提供了新的方法和理论依据。
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