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模拟研究和设计高强度低生热聚合物复合材料

2021-09-11王小勇赵婷钰左玉鑫钱家盛

安徽大学学报(自然科学版) 2021年5期

王小勇,赵婷钰,左玉鑫,陈 鹏,钱家盛

(安徽大学 化学化工学院,安徽 合肥 230601)

聚合物复合材料具有优良的加工性能和机械性能,广泛应用于众多领域.例如,橡胶是一种典型的聚合物复合材料,在轮胎、减震、密封、绝缘等领域具有不可替代的地位.橡胶材料的配方和制备工艺较复杂,但其主要成分是柔性的高分子链和炭黑等.研究表明,炭黑或二氧化硅等无机填料的引入,能够显著提高橡胶的拉伸强度、抗疲劳性等.但在实际应用中,填料在聚合物基体中难以均匀分散,容易形成三维填料网络.在交变应力作用下,橡胶部件发生高频往复形变,填料颗粒之间相互摩擦、网络结构的解体和恢复以及聚合物链端的剧烈运动都会导致体系发生严重的动态滞后生热现象.随着热量的聚集和持续作用,加快聚合物老化、橡胶部件的功能失效、使用寿命减少.

为了减少橡胶材料的动态生热,人们探索了多种体系配方和加工工艺.其中,Qin等将聚苯乙烯-丁二烯共聚物与高度对称的异氰酸酯和多元醇交联,通过大分子自组装形成均匀的网络,结果表明这种新型弹性体巧妙地平衡了滚动阻力、耐磨性和抗湿滑性,解决了困扰轮胎行业多年的“魔三角”问题.Mayura等从生物废料中提取具有高度分散性的二氧化硅,代替炭黑加入橡胶轮胎中,结果发现轮胎的滚动阻力显著降低.

上述研究结果说明,通过材料设计和复合体系微观结构的调控,可以实现……

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