□ 李 超 □ 黄海波 □ 潘路奇 □ 焦润楠 □ 裴家庆

宁波大学 机械工程与力学学院 浙江宁波 315211

1 研究背景

橡胶作为一种典型的高分子聚合物,具有优异的机械和力学性能,被广泛应用于轮胎、密封圈等产品。碳纳米管被认为是开发包括高耐磨性橡胶在内的高级结构材料的理想补强材料。宏观试验研究表明,高分子聚合物中引入少量碳纳米管作为补强剂,高分子聚合物的力学性能、机械性能、导电导热性能均可得到有效提升。文献[1-2]研究了回收橡胶、天然橡胶混合胶和硅橡胶,加入碳纳米管后,拉伸强度和硬度都得到有效提高。文献[3-4]研究了天然橡胶的导电系数、导热系数、热扩算系数,发现这些参数都会随着碳纳米管含量的提高而增大。碳纳米管的引入可以有效提升聚合物材料的摩擦学性能,丁苯橡胶中加入碳纳米管,拉伸强度、压缩强度、剪切模量、耐磨性得到提升,摩擦因数有所降低[5]。李朋辉[6]研究了不同滑动速度下碳纳米管含量对聚四氟乙烯材料摩擦磨损性能的影响,随着碳纳米管质量分数的增大,聚四氟乙烯材料的摩擦因数先减小后增大,碳纳米管质量分数为5%时,各滑动速度下聚四氟乙烯材料的摩擦因数和磨损量均达到最优。

分子动力学模拟研究不受样品制备和测试技术的限制,已经成为一种研究原子尺度材料物理行为的有效方法,并且可以提供分子间相互作用的微观信息和细节。为了更深入地从原子尺度研究纳米材料补强橡胶的性能机理,Chawla等[7]通过分子动力学模拟,对比纯丁苯橡胶和碳纳米管丁苯橡胶的杨氏模量,发现碳纳米管的引入使丁苯橡胶的杨氏模量提高29.16%。……