橡胶压缩屈挠温升与生热和导热关系的研究

橡胶的滞后性能对轮胎、减震装置、活动耦合装置等橡胶制品十分重要。本文选用乳聚丁苯橡胶为基体,研究炭黑用量对其各项性能的影响,尤其是对静态粘弹性能、生热性能、导热性能及动态力学性能的影响。并建立压缩屈挠试验中橡胶块稳态条件下的数学模型,重点探讨橡胶块在压缩屈挠试验中达到稳态时的温升与胶料动态模量、损耗因子、动态压缩变形及导热系数的定量关系,从而确立压缩疲劳温升与生热、导热的关系,最后采用正交实验分析相关参数对温升的贡献。通过应力松弛、DSC、LFA、压缩生热和RPA、DMA等测试手段研究表明:随着炭黑用量的增加,炭黑和橡胶之间的相互作用加强,表现为结合胶含量和胶料的表观交联密度增大,门尼粘度增大,硫化速度加快,力学强度增大,回弹值减小,Payne效应更加显著,应力松弛效应更明显,滞后环包围的面积增大,压缩疲劳温升增大,比热容减小,热扩散系数和导热系数增大。高应变下,随着炭黑用量的升高,储能模量G'随温度升高而增大的趋势变缓。另外,由于温度能提高分子链段的活动性,表现为随着温度的升高,同一胶料的回弹值增大,储能模量G'增大,热扩散系数降低,比热容和导热系数增大。依据橡胶块在稳态时单位时间内的生热率与导热率相等的条件,利用数学模型推导的橡胶块中心温升估算式为:1)2(4tan32max 22'2022212wRh Rf G Rh TTTTww??????????,由此可知橡胶块在动态压缩试验中达到稳态时的温升与储能模量、损耗因子、动态压缩形变及导热系数有关。依此用与压缩屈挠的试验条件相匹配的参数值来计算橡胶块的中心温升,定量分析结果表明:橡胶块中心温升的理论值与测试值比较接近,相对误差在10%以内,验证了数学模型建立的合理性,并从模型假设和实际操作的角度对误差的来源进行了分析。正交实验结果表明:损耗因子tanδ对橡胶块的温差Tmax-Tw1影响最为显著,动态储能模量G'和动态压缩变形ε0对温差的影响相对一般,导热系数λ对温差的影响最不显著。