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1、 毕业论文玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料耐磨性能的研究102074404材料工程系衣泽海学生姓名： 学号： 高分子材料与工程系 部： 孟苇专 业： 指导教师： 二一四年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业论文任务书论文题目： 玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料耐磨性能的研究 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074404 学生： 衣泽海 指导教师（含职称） 孟苇（研高工） 1课题意义及目标丁苯橡胶是轮胎的主要原料，耐磨性能的好坏直接影响了制品的寿命和品质。以
2、丁苯橡胶为主体材料，用玻璃纤维和其他补强剂进行改性，研究复合材料中玻璃纤维的用量对耐磨性能和力学性能的影响，确定玻璃纤维与丁苯橡胶的最适配比。2主要任务1）查阅相关文献，提出试验方案；2）玻璃纤维的剪切处理及表面改性；3）改变玻璃纤维的含量制备玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料；4）进行力学性能耐磨性能及结构表征测试；5）对影响耐磨性能的各种因素进行控制和考察；6）记录实验结果，分析处理实验数据；7）完成毕业论文的撰写工作。3 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中
3、遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4主要参考资料1 胡波. 丁苯橡胶磨耗性能的影响因素及机理探讨J. 橡胶参考资料, 1998 (1): 148-153.2 叶林忠. 短玻璃纤维补强丁苯橡胶的性能研究J. 特种橡胶制品, 1998(8): 28-30.3 王作龄. 短纤维补强橡胶配方技术J. 橡胶科技市场, 2006 (5): 94-98.5进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定实验方案1月3日3月18日2玻璃纤维的剪切处理及表面改性 3月19日3月21日3改变玻璃纤维的含量制备玻璃纤维/丁苯橡胶复
4、合材料3月22日4月5日4进行力学性能耐磨性能测试及相应的结构表征测试4月6日4月28日5分析实验数据，查漏补遗4月29日6月3日6完成毕业论文及答辩工作6月4日6月22日审核人： 年 月 日太原工业学院毕业论文玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料耐磨性能的研究摘要：玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料以丁苯橡胶和玻璃纤维为基本原料，用硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面处理，通过改变玻璃纤维用量的方法，制备了玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料，研究了复合材料的耐磨性能和力学性能，并通对其结构进行表征。结果表明玻璃纤维的添加有效的提高了复合材料的力学性能，但对其耐磨性有负面影响，玻璃纤维添加量为丁苯胶质量的15%时综合性能达到最
5、佳。关键词：玻璃纤维，丁苯橡胶，耐磨性能 Research of The Wear Resistance of Glass Fiber/Styrene Butadiene Rubber CompositesAbstract: This topic use styrene butadiene rubber(SBR) and glass fiber as raw material, by controlling the dosage of the glass fiber, research the wear resistance of the glassfiber/ styrene butadie
6、ne rubber composites. The results show that the glass fiber/styrene butadiene rubber composites can get the best value on various performance when the dosage of the glass fiber is 15% of the composites.Key words: Styrene butadiene rubber, Glass fiber, Wear resistance II目 录1 前言11.1 课题背景21.2 丁苯橡胶21.2.
7、1 丁苯橡胶的介绍21.2.2 丁苯橡胶的结构31.2.3 丁苯橡胶的性能41.2.4 丁苯橡胶国内外的生产技术进展41.3 玻璃纤维简介51.3.1 玻璃纤维的特性51.3.2 玻璃纤维的分类61.4 硅烷偶联剂61.4.1硅烷偶联剂简介61.4.2 硅烷偶联剂的作用机理71.5 炭黑81.5.1 炭黑的简介81.5.2 炭黑的结构81.5.2 炭黑的性质81.5.3 炭黑的分类91.5.4 中国炭黑行业发展回顾101.6 方案的拟定及研究意义101.6.1 课题方案的拟定101.6.2 课题研究的意义102 玻璃纤维/丁苯橡胶复合材料的制备122.1 实验原料配方及实验设备122.1.1
8、实验原料122.1.2 实验配方122.1.3 实验设备142.2 实验工艺过程142.2.1 玻璃纤维的处理152.2.2 混炼152.2.3 硫化153 性能测试173.1 常规力学性能测试173.1.1 拉伸性能测试173.1.2 撕裂性能测试183.1.3 硬度测试183.2 耐磨性能测试193.3 X射线衍射仪194 结果分析与讨论204.1 拉伸性能测试结果204.2 撕裂性能测试结果224.3 硬度244.4 耐磨性能测试结果244.5 正硫化时间254.6 XRD测试结果265 结论28参考文献29致谢311 前言玻璃纤维增强复合材料强度高、质量轻，具有减震性、抗疲劳性、耐化学
9、品腐蚀性等优点，并且具有优异的抗弹、降噪性能，而且是价格低廉。实验选择将玻璃纤维融合进丁苯橡胶中制成复合材料，提高了复合材料的性能，并拓宽了玻璃纤维应用范围，尤其是将其应用于汽车领域，更是拓展其应用范围的一种体现。在汽车中应用玻璃纤维及其复合材料，可以提高汽车用材料的力学性能，降低汽车零部件的制造成本，加快汽车的装配速度，减轻汽车的重量，节省燃料。随着汽车工业的迅速发展，对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量将与日俱增，因此对玻璃纤维及其复合材料的研究有很大的意义1。从国外的应用实践看，玻璃纤维复合材料在一定程度上也是建造输电杆塔结构的理想材料之一，只是国内在输电结构领域长期以来缺乏对复合材料基本
10、力学性能的试验和理论研究，限制了其在输电杆塔结构上的应用。因此对复合材料基本力学性能的研究很有必要，且具有重大的现实意义2。由于复合材料由多种基本材料复合而成，复合材料的宏观力学性能可以通过基材的性能得到，使得复合材料的材料性能具有可设计性，基于这种可设计性，目前对复合材料拉伸强度的描述有很多种，其中以基于混合法则的拉伸强度等效物理意义最为明确且相对简单。然而，由于复合材料破坏机理的复杂性，对复合材料强度的预测远远没有达到弹性常数预测的水平，加之其强度影响因素的复杂性，目前除了对单向纤维复合材料的拉伸强度预测相对较准，其他的强度预测都还不成熟。对于单向纤维复合材料纵向拉伸强度的预测，理论方面目
11、前主要有2种方法。以概率论为基础的统计方法，该方法将纤维破坏假设为一系列概率事件，通过数理统计的方法得到材料拉伸强度。该方法预测精度较高，但计算复杂，缺乏工程实用性；材料力学的方法，通常是将复合材料看成套“筒式”的受拉超静定弹性杆系，根据基材的体积含量和强度求解复合材料的强度，这种方法仅在基材具有相同的拉伸破坏应变时才有效。Aveston、Cooper和Kelly对此方法进行了修正，根据纤维与基体界面上的载荷传递方式和破坏模式，得到了复合材料纵向拉伸强度的混合率。他们的分析是以各增强纤维具有相同的强度并在同一纵向位置同时断裂为前提的，这与实际情况显然相差较大，预测精度不高3。1.1 课题背景短
12、纤维增强聚合物材料以其独特的力学性能及灵活的加工性，正越来越多地受到材料工作者的重视。许多材料已经商品化，其中以短玻纤增强塑料为最4。由于玻璃纤维质脆，在加工过程中极易断裂，很难保持一定的长径比，而且玻璃纤维表面光滑，弹性模量与橡胶相差很大，这些因素使得玻璃纤维的补强效果不能得到充分发挥。此外，玻璃纤维的表面缺乏活性，不进行表面处理就不能得到牢固的粘接强度。Haito的报告指出，将纤细的玻璃纤维掺入丁腈橡胶和丁苯橡胶时，纤维的柔软性随其直径变小而增大，从而极大地减少了纤维在加工处理中遭破坏的几率5。玻璃纤维工业是一个新兴的正在发展的工业。以前在橡胶工业方面几乎不采用玻璃纤维，其理由是玻璃纤维与
13、橡胶的结合不好，同时在耐屈挠和耐磨方面尚存在一定弱点。但玻璃纤维在轮胎上的应用很早就有过设想，例如J.H.Thams于1936年就发表过专利，但当时由于玻璃纤维生产技术还不完善，致使此专利未能成功而告失败。1962年美国康宁公司发表了增强橡胶用玻璃纤维帘子线的新处理技术，改进了玻璃纤维的耐屈挠和耐磨性能，使之在轮胎和传动带上有了实用价值。这一新处理方法首先在玻璃纤维作橡胶传动带的芯线方面获得成功。随后该公司和阿姆斯特朗橡胶公司协作，试验了玻璃纤维轮胎帘子线，行驶了15英里，因破损而告失败，其失败原因主要是撑轮圈部份破损。以后经多次改进，延长了使用寿命，行驶了7000英里。经过不断的研究，最后在
14、外胎面部份加入玻璃纤维线带获得了成功。1966年上述橡胶公司约有三万只这种新型轮胎出售问市。1967年生产了三十万只，到1969年其产量一跃而为数千万只。70年代美国小轿车上的原用轮胎几乎全部改用了玻璃纤维轮胎6。1.2 丁苯橡胶1.2.1 丁苯橡胶的介绍丁苯橡胶（SBR），又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理结构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最早实现工业化生产的橡胶品种之一7。丁苯橡胶按其合成方法通常分为乳液聚合丁苯橡胶（简称乳聚丁苯橡胶，ESBR）和溶液聚合丁苯橡胶（简称溶聚丁苯橡胶，SSBR）
