（纺织材料与纺织品设计专业论文）短纤维增强发泡橡胶复合材料在高低温下的力学性能研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

囊雾鋈童萋萎薹萋i 薹霎冀霎囊囊等嘲理捞浩佛i影剐霹夸跨印雾萋蔺供盐篇笆叠凝弛甜镀写锤簖剩崩阿兰萜体爰箱聪黝砉餐瓦删聪! i 赁陴菠瑚涮惭h擒嚆嘴姐础避缘礴! 涪唑苎f 虿未刻剥商争彭举瓢飘；碍 辱犟侑瑚编圳撑理霪霪舞涫协目目 甄抑抖擀酾弛群醋醚鲤氍酣郸翳鹾l高剐氍摘擗赫群硬更垡超洲丽洳霄降慷墨糖馑薹墓确髫蒯魏剑窬掣籀鞲西剖副薹萨鳓； ? ?罗譬l 鐾 难如劈i譬洋点礤淄搿馋；霆；够托生捌千型剖e l 囊睡警羞；利躲拍妇蕊翼缸锤蝠而瓢醣酣稍采赢型坚恩美靠；哆龠掀蒲喵币忻蔼嚏警卿晒嚏璀国噬猿堙搏耍疆提针壅掣刀馕鞋把酗奶酪疆i i斟稻芽维i 案握璀锸姑髅娶爨竹耕粕酬越管筘籍尊荒辑兰预测最后对硫化橡胶在高低滞下 _ 勺力学性能? 蛩n 嚣叫t h es t 旺d yo nm e c h a i c a lc h a 豫c t 喇s 缸c so fs h o r tf i b e rr e i f o l l c e df 根mr u b b 盯c 哪p o s 溉m a t e r i a l su n d e ri ，匮g ha n dl o w i l e m p e r a t u n 瞎s h o r tf i b e rr e j n 士o r c e d 协a mm b b e rc o m p o s i t em 甜e 矗a l sa 糟n e wc o n l p o s i t em 砷州a l sw 1 i c hc o m p o s e db yn l en l b b e rs u b s 仃a t e ，t l l es h o n6 b e r s 锄dt l l eg a s 1 1 1 es h o r t 硒e f sw e r ed i s p e r s e di 1 1m er u b b e 丘a n dc o m p o s e d 、v i t h 山en 】胁t om a k eu pm es t l j b b o mc o m p o s i t em a t e r i a l sw h i c ha r es i m i l a rt ot h er n i x e dp o l y m e r1 sk i n do f m a t t 缸a l sc a ni 姆t e 山en 】b b e rd e x i 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e d u c i n gs p o n 影r a t ec 锄i m p r o v eb e n d i n gp m p e r t i e so ft h ec o m p o s i t em a 喊a l s 嘶m ei d e n t i c a lt e n l p 咖】r e f 曲a l l y ，i tc a f lo b t a i nt h a t 舭s h o nf i b e rj o i l l e do b v i o u s l y 洫舯w e d 龇c o m p r e s s i v ep r o p e m e so fc o n l p o s i t em a t e r i a l s b yt h es t u d yo fc o m p r e s s i v ep l o p e 哇i 雌啪d e rd i 疏r e l l tt e m p e m t l 】i e s ，i tc a no b 乜血t h a te l a 鲥c 蚵a 1 1 d 士1 e x i b i l 时o fs i l o n 点b 嚣f e i 硼眦e df b 锄b b e rc o m p o s i 把m a c e r i a l st l l em 。c h a m c a l 埘m5 s h o r tf i b c rc o n t e n t 锄d7 3 0 + 1 6 k 咖3v o h u n ed e n s i 母i sg o o d t h es t u d yo nn l e c h 捌c 出c h 鼬c t e f i s 廿c so fs h o nf i b e rf e 曲溉df 曲mn 】h ) 盯c o m p o s i t en l a t e l i a j sm d e rl l i g ha n dl o wt 咖p e f a t u r e sh a st 1 1 ei m p o n a m 】e o r ys i 班f i c a n c ea n dt h e呻c t i c a ls i 倒丘c a l l c e 1 协u 曲t 1 1 ef e s c a l c b ，1 l l i sl ( i n do fm a t 商a l sm a yb e 印脚i e 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后的平均宽度姗试样经模压后放置2 4 h 后的平均宽度姗试样经模压后放置4 8 h 后的平均宽度m m循环压缩时的消耗功j试样初始厚度舢试样压缩后的最终厚度舢形变时自由能的变化j形变时物体线性尺寸的变化l i n形变时内能的变化j形变时的体积变化r哪3形交时熵的变化j 形变力n因基体屈服纤维端部发生滑移的长度比值引入的无量纲量，与基体与纤维的性能以及纤维在基体中的排布有关流体静压力n单位长度载荷n m纤维半径p m纤维长径比挠度姗纤维增强的度量纤维应力平均系数相关系数基体材料的横向变形系数，即泊松比试样的体积重量复合材料外加应变断裂伸长率长度方向尺寸收缩率k g 艋麦圭鹜壬孥岬懈圳瓢矗i采酞占抵蛾擞暴薹薹辫醇j圳m慌非二蚤格! ! 薹臻鬻摹羹瓣能的研究。系统测试并分析了短纤维增强发泡橡胶复合材料的基本性能以及高低关键词：短纤维增强发泡橡胶复合材料高温低温力学性能短纤维含量发泡率1绪论1 1引言目前，随着科学技术的发展，复合材料在航天、航空、汽车、造船、化工及土建等方面得到了日益广泛的应用。而纤维增强复合材料是应用最为广泛的一类复合材料。纤维增强复合材料按纤维的长度可以分为连续纤维增强复合材料和不连续纤维增强复合材料( 即短纤维增强复合材料) 。对于连续纤维增强复合材料，纤维是主要的承载体，因此决定了它具有比短纤维增强复合材料更高的强度和模量。然而，短纤维复合材料的模压性能好，便于自动化生产，而且成本较低，因此，近年来短纤维增强复合材料发展突飞猛进，它在民用工业甚至是人民的日常生活中的应用也越来越广泛“3 。1 2 短纤维增强发泡橡胶复合材料短纤维增强发泡橡胶复合材料“7 ”( s h o r tf i b e rr e i n f o r c e df o 鲫r u b b e rc o m p o s i t ej 】1 a t e r i a l s ，以下简称为s f r f r c ) 是由橡胶基体与短纤维以及气体所组成的三相体系的新型复合材料，它是将短纤维作为增强体分散在橡胶基质中，使之与橡胶相互复合制成类似于聚合物共混体的补强性复合材料。这种材料能够把橡胶的柔性和短纤维的刚性很好地结合在一起，从而赋予材料以高模量、高撕裂强度、优良的压缩弹性恢复率以及低伸长下的高应力等。短纤维增强发泡橡胶复合材料是一种多相体系，其中橡胶为连续相，短纤维为分散相。基体橡胶的作用是将个体的纤维按一定取向牢固地粘结成整体，将应力传递并分散在各个纤维上，保护纤维不受环境侵蚀和磨损；作为增强体的短纤维为分散相，其作用是主要承受载荷：两相间形成界面层，界面层是决定复合材料性能的重要因素，界面区起到传递应力，承受由于热收缩系数不同而产生的应力的作用。1 2 1 橡胶基体橡胶是一种高分子弹性化合物，其分子量一般都在几十万道尔顿以上，有的甚至达到l o o 万道尔顿左右。组成这种大分子的原子通常排列成柔性的直链或支链，由于原子的不断旋转和振动，分子链一般里卷缩状态。橡胶是具有极好弹性的高聚物，与纤维、塑料并称为三大有机合成材料。橡胶一般分为天然橡胶和各种合成橡胶两类。合成橡胶泛指人工用化学方法合成制得的橡胶或弹性体。天然橡胶( n a t u r a lr u b b e r ) 是由橡胶树的乳汁制成。这种树的发现已有二百多年的历史，是野生的，学名巴西橡胶树，故也称巴西橡胶，简称n 。天然橡胶是异戊二烯的聚合物，化学名为顺式一l ，4 一聚异戊二烯，其分子结构为：l绪论厂c ml = c c h 2、c h天然橡胶的一些主要性能见表卜1 所示“1 ：表l 一1 天然橡胶的一些主要性能性能聚合物相对密度g c i n l玻璃化温度( 己) 拉伸强度( 纯胶料)拉伸强度( 补强料)介电性能对基材的粘结耐磨性抗撕裂耐屈挠疲劳耐热耐水耐燃耐酸耐光( 污染与变色)耐大气老化注：硫化胶性能评级：4 优；3 好：2 一中；1 差1 2 2 增强纤维增强纤维作为增强材料是复合材料的主要组分，在纤维增强橡胶发泡体中占有相当的体积分数，同时是结构复合材料承受载荷的主要部分。增强纤维的类型、数量、长径比、取向及分散程度对纤维增强复合材料的性能十分重要，它主要影响以下几方面：密度；拉伸强度和模量；压缩弹性、强度和模量；疲劳强度和疲劳机理；电和热性能等。目前，可以用作增强材料的短纤维有以下几种：天然纤维、合成纤维及金属纤维5 3 。本课题主要采用锦纶( 聚酰胺纤维) 短纤维作为增强材料，现对锦纶纤维( 聚酰胺纤维)的结构与性能介绍如下。聚酰胺纤维是世界上最先工业化生产的合成纤维品种，是分子结构中含有酰胺基( 一c o n h 一) 的一类纤维，在我国的商品名为锦纶“1 。这类纤维的种类很多，主要的品种为锦纶6 6 ( 聚己二酸已二胺) 纤维以及锦纶6 ( 聚己内酰胺) 纤维，其分子结构如下：锦纶6 ：hhh hhho+ k 一占一占一冬一占一2 ：一也牛il ! il ! i! ii ! ij nhhhhh。儿锦纶6 6 ：一厂_ l 了k季气言i兰| 嗡oooo叭oo挑o：o缃挑1绪论+ 毽牛悼抖l 牛悼i r 十。hhhhhhhhh1n锦纶6 纤维的化学名称为聚己内酰胺，是由己内酰胺开环后加聚形成；锦纶6 6 纤维的化学名称为聚己二酰己二胺，是由已二酸和已二胺缩聚而成。锦纶纤维具有系列优良的特性，例如，锦纶纤维的强度在通用合成纤维中是较高的，弹性好，耐多次变形性能好；其最突出的性能是耐磨性和耐疲劳性能，而且耐化学性能好。但锦纶纤维弹性模量低。锦纶纤维的玻璃化温度较低，干态约4 5 6 0 ，水中玻璃化温度可降至室温以下。而且耐热性不太好，锦纶6 耐紫外辐射性能较差。现对锦纶的一些基本陆能作以总结，如表卜2 所示。表卜2 锦纶纤维的性能嘲纤维名称纤维性能锦纶6 纤维锦纶6 6 纤维短纤维长丝( 普通)长丝( 强力)短纤维长丝( 普通)长丝( 强力)断裂强度c n d t e x l l干态3 8 6 24 2 5 656 8 43 1 埔32 呐，352 胡4湿态3 2 5 537 巧25 2 7o2 ，5 42 3 4 ，94 w o相对温强度a8 3 曲08 4 曲28 4 8 28 0 9 08 5 国o8 5 鹕0相对钩接强度6 5 8 57 5 9 57 9 06 5 8 58 5 目87 融9 0相对打结强度8 0 9 06 0 一7 08 蝴6 0 一7 0断裂伸长率干态2 0 - 4 82 蝴51 6 2 51 6 6 62 n 6 5l “2 8湿态2 5 6 03 6 2 52 3 01 8 6 83 0 - 7 01 8 3 2弹性恢复率9 5 1 0 。9 8 】0 01 0 0 ( 4 伸长时)( 伸长度3 时)初始模i 吖c n d t e x l7 。2 6 41 7 6 3 9 8z 3 。8 “8 8 9 ，64 4 、2 1 12 ll 5 1 o密度g c m 噜1 1 41 1 4回潮率2 0c ，6 5 啪对温度35 巧04 叫52 0 。c ，9 5 相对湿度8 06 1 8 0耐热性软化点：1 8 0 熔点：2 1 5 2 2 0 2 3 0 发粘2 5 0 以6 0 熔融1 5 0 稍发黄耐日光性强度显著下降，纤维发黄强度显著下降，纤维发黄1 6 以j ：的浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸中使耐弱酸、溶于并部分分解于浓盐酸、硝酸和耐酸性其部分分耀而熔解硫酸中耐碱性在5 帆苛性碱溶液、2 8 氨水里，在室温下耐碱性良好，但高于6 0 时，碱强度几乎不下降对纤维育破坏作用耐虫蛀、耐霉菌性有彘好的抵抗性良好耐艚性优良优良可用分散性染料、酸性染料，其他染料也可用分散性染料、酸性染料、金属络合染料，染包住可染色其他染料也可染色1绪论1 2 3 增强纤维对橡胶主要性能的影响短纤维的存在主要影响生胶胶料的流变性能。短纤维的加入可以提高生胶的强度、硬度，同时，随着纤维含量的增加其取向度也在提高。为了充分发挥锦纶短纤维在发泡橡胶中的增强作用，制备复合材料时必须使短纤维在橡胶基体中有良好的分散、合理的取向及短纤维与基体界面间优良的粘台。短纤维增强发泡橡胶复合材料的基本性能不仅取决于橡胶和短纤维的性能，而且还与以下因素0 1 有关：( 1 ) 纤维的种类及含量：增强纤维种类不同，其对应的复合材料的性能也是千差万别的。因此，选用不屈的增强纤维，就可以得到性能不同的复合材料。同样，纤维用量也是影响发泡橡胶复合材料性能的重要因素之一，只有纤维用量超过一定值后，短纤维的补强作用才得以充分体现。( 2 ) 纤维长径比l d ：纤维的临界长径比l d 是指给定纤维( 直径一定) 能承受最大切向界面应力所需的最小长度。只有当纤维长度大于临界长径比l d 时，才能发挥短纤维的补强作用。( 3 ) 纤维的取向方向和取向程度：它直接影响着复合材料的性能。( 4 ) 纤维分散的程度：纤维的分散不好，不仅有碍于取向，同时会降低补强作用。( 5 ) 基质对纤维的浸润：浸润不好，使纤维与基体闻的粘合下降，因而全面降低复合材料的性能。( 6 ) 纤维与橡胶基质的粘合：其粘合是通过界面强度影响复合材料的性能。1 3 短纤维增强橡胶复合材料的研究现状及存在的问题橡胶具有高度的可回弹性，因此被广泛地应用于军事、工业、生活等广阔领域之中。然而，随着高分子科学与流变学的发展，人们发现橡胶所具有的高回弹性并不只是简单的弹性；匙| 立j 一驴剿n 爱型事誊篓孽8 ，瑚罐胰蕊鍪越蠢萎臻鬻缒蛰荦二蠹翌判垫墨拦甏誊引掣型群各堡理j 鎏鼍荔高盏嚼枣爱xi绪论性能。用木质素短纤维增强塑料发泡体得到的三相复合材料同样具备未增强、未发泡塑料的高硬度、冲击强度、弹性、柔顺性等性能，同时价格大幅度下降，这种复合材料已经替代部分木材等结构材料“2 ”1 。用短切玻璃纤维增强聚氨酯发泡体已经成为研究热点“”。有报道o ”称已将玻璃纤维增强环氧树脂发泡体运用在冲浪板等体育用品上。另外，r t h ym v 等“”研究表明，结合了短纤维本身的功能、在聚碳酸酯发泡体中引入镀镍的石墨短纤维，通过模压发泡成形得到的材料应用于导电、防辐射等领域，材料的辐射屏蔽效率、体积电阻等物理性能优异。j f v a n d e rp o 一1 将芳族聚酰胺原纤化短纤维( 浆粕) 和浸渍的芳族聚酰胺短切纤维应用于胶料中，硫化胶料的能量损耗降低明显，在低载荷时更为突出，而且能量损耗的降低与短纤维的取向有关。我国在这方面的研究较少，北京化工大学的张立群、周彦豪“”等人在9 0 年代初对锦纶和聚酯短纤维补强天然橡胶和合成橡胶进行了研究。由周彦豪重点研究了环氧化天然橡胶( e n r 一5 0 ) 、甲基丙烯酸甲醋接枝天然橡胶( m g 4 9 ) 、三元乙丙橡胶接枝马来酸配( e p d 卅g m a ) 及顺配化天然橡胶( n r g m a h ) 等改性橡胶对短纤维增强橡胶性能的影响。并且指出，在有适当短纤维配合的前提下，改陛橡胶对提高短纤维增强橡胶特定单项性能有各自独特贡献。许鑫华嘲等研究了用玻璃纤维增强的环氧发泡复合材料，发现其有较低的密度和较高的力学性能，可望在船舶、汽车等方面得到广泛的应用。许泅贵。”进一步研究了锦纶短纤维预处理体系和短纤维橡胶复合材料。主要通过三个方面的研究来改善短纤维橡胶复合材料的综合性能。第一，通过采用特软羧基丁苯胶乳和美国诺誉公司的h s t2 0 7 3 a 型胶乳对锦纶短纤维进行预处理，提高了复合材料的界面粘合；第二，通过对锦纶短纤维表面进行接枝橡胶分子链预处理，改善了复合材料的界面粘合性能，复合材料的综合性能也得虱了相应的提高；第三，选用t 麟叫和r f - 9 0 长效增黏剂，直接加入短纤维橡胶复合材料中，简化了复合材料的生产工艺，使复合材料的应用得到工业化推广。西安交通大学的李旭祥、席莺”1 对芳纶短纤维增强鬣丁橡胶非石棉垫片材料进行了研究，讨论了纤维用量、纤维实际长度分布以及加工工艺等因素对复合材料的影响规律，并对其增强枫理进行了初步探讨。总后勤部军需装备研究所的张建春、陈绮梅、粱商勇嘲发现在发泡的橡胶中加入少量的短纤维，虽然对橡胶发泡体没有增强的作用，但对于解决橡胶发泡体收缩率大的问题却很有效，研究开发了以短纤维增强发泡橡胶复合材料作为芯层主体材料的军靴中底。综上所述，短纤维增强橡胶复合材料的优异性能已经为人们所关注，而且对于它的研究也已目趋成熟，但是仍然存在以下问题：( 1 ) 相对于短纤维增强橡胶复合材料研究的逐渐成熟，短纤维增强发泡橡胶复合材料的性能研究却相对较少，特别是对于在高低温下的力学性能的研究更是鲜见报道。( 2 ) 相对于树脂基和金属基复合材料的理论研究的成熟，橡胶基复合材料的理论研究还比较少，特别是在国内。鉴于我国气温差异较大，对于耐高温和耐低温材料的需求也越来越大。因此，研究短纤维增强发泡橡胶复合材料在l绪论高低温下的性能变化规律，建立工艺一结构一眭能之间的关系，具有重要的理论意义和实际意义。1 4 本课题研究的研究意义及研究内容1 4 1 本课题的研究意义研究短纤维增强发泡橡胶复合材料在高低温下的性能有其重要的理论意义。因为随着科学技术的发展，要求解决在高温和低温条件下工作的材料以及高低温下的聚集态结构及分子运动。另外，对于复合材料的使用温度范围，黏流温度、玻璃化温度和脆折温度及其在此温度下的物理力学性能都将有一定的认识。研究短纤维增强发泡橡胶复合材料在高低温下的性能同样有其重要的实际意义。首先，通过对不同纤维含量和不同发泡率的短纤维增强发泡橡胶复合材料在不同温度下的物理力学性能研究，可以更好地选择材料和应用材料。再次，我们可以利用耐低温材料和耐高温材料，将其应用在特殊环境下的军用鞋方面，从而发挥其高性能的应用价值。最后，高低温性能试验对于研究和改进配方、控制生产和评价制品也都有其重要意义。1 4 2 本课题的研究内容本课题主要研究锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料从低温到高温下的力学性能，主要研究内容包括以下几个方面：( 1 ) 首先制备了不同纤维体积重量含量( 简称纤维含量) 、不同发泡率的发泡橡胶复合材料，然后对各种材料的性能进行测试，综合比较增强纤维含量和发泡率对发泡橡胶复合材料各方面性能尤其是力学性能的影响。( 2 ) 通过对材料的不同温度下的物理力学性能分析，总结出材料在高低温下的变化规律，对材料在高低温下的力学性能进行理论分析，综合比较材料的耐低温和耐高温性能。( 3 ) 通过对材料的结构与其物理力学性能的关系的了解，正确地选择材料和使用材料，更好地掌握材料的成形工艺条件，并通过各种途径改变材料的结构，以有效地改进其性能，设计并合成具有指定性能的新型材料。2s f r f r c 的理论研究2s f r f r c 的理论研究2 1短纤维复合材料应力传递理论的研究短纤维复合材料由于纤维的不连续性以及尺寸、方位等随机性影响，应力分布十分复杂。这也决定了通常短纤维复合材料具有比连续纤维低得多的强度性能。而且在短纤维复合材料中最大可获得的纤维含量比连续纤维体系的低，因此基体和界面对复合材料的性能影响最大。当纤维含量越低时，纤维取向越显得杂乱无章。在短纤维复台材料中，短纤维被基体完令包围住，应力是通过纤维基体界面从基体传递到纤维上去的。如果纤维与基体粘合良好，基体中的任何位移都将传递到纤维上，而纤维的刚度比基体大，纤维起到约束作用，因此，材料的网q 度上升了。总之，纤维含量、纤维长径比和取向、基体以及界面是影响短纤维复合材料性能的主要因素。为了对短纤维复合材料的力学性能有一个清晰地f 解，必须弄清楚应力传递机制。2 1 1 基体与纤维问的应力传递最早，c o x ”“( 1 9 5 2 ) 乖j 用剪滞法原理针对无限大基体中含有稀疏短纤维情况对应力场的分布进行了计算。后来b u r g e l ，p e r r y 及s c h n e i d e r ( 1 9 7 0 ) ，f u k u d a 及k a w a t a “( 1 9 7 7 ) ，c h 及s u n ”( 1 9 8 0 ) ，f u k u d a 及c h o u ”。( 1 9 8 1 ) ，s t a r i n k 及s y n g e l 】a k i s 。1 ( 1 9 9 9 ) 等都对短纤维复合材料中纤维的承载问题进行了研究。c o x 首次采用剪滞法研究了包埋在某一无穷大的基体材料中的单根短纤维的问题，从丽得出的重要结论是纤维中的应力从端部到中部逐渐上升，当纤维长径比比较大时，在纤维中部将出现一个应力不变的区域，但是c o x 分析的一个明显缺陷在于预测最大剪切应力发生在纤维端部，实际上在纤维顶端应为o ，另一个问题是没有考虑界面粘合状态对短纤维受力的影响，在实际体系中基体或界面将屈服或脱粘，从而引起应力重新分配。b u r g e l ，p e r r y 及s c h n e i d e r 基于通常的剪滞模型，考虑了纤维末端的几何形状对应力集中效应的影响，得到了界面剪切力的方程。由于它同样基于传统剪滞模型的假设，因此模型还属于一个理性模型。f u k u d a 和c h o u 改进了通常的剪滞法，在基体里引进了部分的轴向载荷，因此可以考虑到纤维末端所传递的载荷。但是它同样是假设纤维与集体结合完好。c h o n 和s u n 主要研究了纤维是杂乱走向的复合材料的应力传递机制。s t a r i n k 及s v n g e l l a k i s 以单根圆柱纤维为研究对象，在传统剪滞模型的基础上，推导出复合材料应力状态分析的新剪滞模型，这种精确而简单的新模型用于对复合材料中应力传递和微观屈服应力的近似分析模型进行改进，克服了以往剪滞模型中低估载荷传递作用的缺点。但是由于实际的复合材料特别复杂，因此对复合材料真实性反映方面还有待于进一步加强。总的来说，剪滞模型分析法是一种比较简单实用又能比较客观的反映应力传递情况的分析方法。2s f r f r c 的理论研究为了进行强度计算，通常需要首先计算纤维平均承担的应力，其值为：i = 兰笋f7 l c 。s h ( 肼) c 。s h ( 瑚) 妞：占，岛 1 t a n h ( ”s ) ”，】( 2 5 )基体承受的平均载荷为盯。= e ，岛，根据混合律，可以得到单向短纤维复合材料拉伸应力应变关系为c r 0 = i + i ( 1 一) = 吩e ，【1 一t a l l h ( 珊) 瑚】+ ( 1 一) 点。扣。，( 2 6 )由此表明，沿纤维的应力分布是基体剪切模量与纤维拉伸模量之比( g 。e ，) 和纤维含量的函数。从中可以得到：( 1 ) 纤维含量降低，纤维所受应力下降，因此其增强程度也下降。( 2 ) 基体柔顺性越大，向纤维传递应力的效应就越小。( 3 ) 纤维中的应力从端部到中部逐步上升，当纤维长径比较大时，在纤维中部将出现一个应力不变的区域。对于短纤维来说，在纤维端部区域的载荷传递就不是很有效的。2 1 2 界面粘合状态对短纤维受力的影响分以下两种情况进行讨论。“：( 一) 纤维相对于基体呈脆性，界面结合良好，但纤维端部处基体发生屈服，导致纤维两端界面发生滑移。l 、纤维中部不发生滑移的部分当一冬( 1 一柳) x ( 1 一掰) 时，( m 表示因基体屈服纤维端部界面发生滑移的长度比值，o c ，m 1 ) ，界面不发生滑移。设x = 善( 1 一哟时，刚好在产生滑移区的边缘，基体屈服应力为f 。，设此时纤维中所受到的拉伸应力为d k 因为在滑移区：jo 州如如虬一可w7 )y 一，ll 一x s 一( 1 一m ) 三，f 。= 一f 哪即：厂堕i：一堡l 出 。：要( 1 刊龟jz( 2 8 l 塑二2 l 出l ；一一皂。训。i由此可以求出：盯 = e ，岛一三 。o i h 【，正，( 1 一卅) ，r o 】( 2 9 l 翌! ! 堕堕堡堡婴塞町= t 氏一= 詈c o s h ( 舭) s i i l l e n ，( i 一啪) ，d 】( 2 1 0 )一等( 1 聊) 石等( 】一脚) ，( o ( m ( 1 )2 、纤维两端的滑移区首先假定此时界面剪切应力为恒值，且等于基体屈服应力，即式( 2 7 ) 。利用式( 2 7 ) 、( 2 9 ) 可以求出纤维中的拉伸应力以：町蝴一孕c o t h p 卟孚降”哟一1 ( 1 一所) x 曼_ ( 2 一】1 )妒即。一孕c 础b 扣珑， 十争降叫一每一等”蜘协1 2 )乃l ；生= 0由2，可以得出下述方程以求出m 值，从而估算因界面层基体屈服而发生滑移的长度：易岛一孚c 砌陪等c 卜砌 _ 孚等肌= 。c z m ，利用混合律，可以得到复合材料的宏观应力酽( 巧乃+ 圪骗一等( 等+ 等)( 2 - 1 4 )式( 2 一1 4 ) 即为复合材料的拉伸应力一应变关系。在这种情况下，听和f 。的分布可见图2 2 。畦o 。口厂1忻d图2 2 两端产生滑穆的应力分布图2s f r f r c 的理论研究( 二) 纤维相对基体为脆性( 占。 靠。) ，且界面发生摩擦滑移。当纤维与基体之间的界面只是单纯机械结合，且纤维相对与基体为脆性( s 。 靠。) ，则界面的剪切载荷达到某一临界值日f 。( 口为一无量纲因子，o 订1 )时，界面将以其阻力为小于口f 。的方式发生摩擦滑移。设在x = 善( 1 一m ) ，( o ( m ( 1 ) 处发生界面摩擦滑移，如果此时纤维的临暴应力为，则利用式( 2 9 ) ，有：咿一孚c o t m 州1 _ 酬】( 2 - 1 5 )在纤维中部未发生滑移的区域，即一( 1 一m ) x 兰每( 1 一m ) ，( o ( m ( 1 ) ，利用式( 2 1 0 )可以求出：旷即。一孕s t 血 扣研) 等( 1 训x 蔓( ，- 卅) ，( o ( m ( 1 )( 2 1 6 )一每( 1 _ m ) 工s 等( 训，( o ( m ( 1 )( 2 坩)在两端滑移区内，在仃。 刃t 。时，与式( 2 7 ) 类似，有：当等t ，训x 玉等，铲吼( 2 一1 8 )当一皂x 一等( 1 一脚) ，t ：一( 2 瑚)式中，盯。为纤维与基体间界面上受到的正压力，为界面滑动时的摩擦系数。考虑到x ：皂( 1 一棚) 时盯，= 盯扣，由此可以得出两端滑移区内有；旷即。一孕c o t h b 扣m ， + 警陋训一1生r 1 一柚 x k 、三， k 时，如图2 6 和式( 2 3 4 ) ，有：= 毒彰：吩出= 古 z r 纠”吩出+ z ：m 哆却= - 卅一鼠，号c z ：o h。o0lk l 。z f 一厶厶。一2 一一2 一+ z 一“2 图2 6 当l ， c 时纤维上的正应力分布当三， 上c 时，如图2 7 和式( 2 3 5 ) ，有：i = 寺2 仃，出= 号c 等，f 护口，出= 风等c z 瑚，玎，-太厶厶i t厶图2 7 当上， k 、三， 工c 三种情况，求出短纤维中的平均应力。当o = 上( 时，如图2 5 和式( 2 3 3 ) ，有：i = 古职盯，威= 去：盯，出= 风c z 瑚，x3s f r f r c 的铷备及试验方案设计图3 71 5 纤维含量的混炼胶从图中我们可以看出，各种混炼胶表面光滑，配合剂在橡胶中分散均匀，混炼效果较好。纤维加入量不同，混炼胶的颜色也不同。未加纤维的混炼胶，其颜色仍为橡胶本色，随着纤维含量的增加，混炼胶的颜色越来越深。而且纤维在混炼胶中沿模压方向取向，纤维含量越多，其在混炼胶中的分布也越密集。c 硫化硫化就是在一定条件下，橡胶大分子由线性结构转变为网状结构的交联过程。它是橡胶加工中最主要的工艺过程。在橡胶制品生产中，硫化是最后一道加工工序。目的在于改善胶料的物理机械性能及其它性能，使橡胶制品能更好的适应和满足使用要求。发泡橡胶的模型硫化法有膨胀法和充模法“1 。此次制备材料时采餍的是充模法。充模法的优点是产品密度小，尺寸稳定，收缩率小。充模法硫化时没有对胶科施加压力，在硫化过程中，胶料没有在外加压力下流动，只是在加热膨胀和发泡所产生的压力下流动，这时对胶料的流动性有更高的要求。胶料本身要软，流动性要好，使胶料比较容易充满整个稳岳瞰强罐像 j i j i 固髫蒌剐型争型璧蒡琶莹纛黔翼蛸盟；裂当一鬻必拢嚣；爨洲蕊鼢型戡鲴瓦? 抚肇刳例i 潍醴必匏雾值由式凌鳃确定碡产剩吲孽剖jf擘- 隧懑，强度可以写成：吒。= 。( 1 一)( 巧 。)( 2 4 0 )因此，对于未添加纤维的s f r f r c ，其最终强度只为基体的强度，而强度值由式( 2 4 0 )确定；对于添加纤维含量的s f r f r c ，其最终强度与纤维含量、基体及纤维的强度有关，而强度值由式( 2 3 7 ) 、( 2 3 8 ) 确定。2 3 硫化橡胶在高低温下的力学性能n 兀柯别柯指出，在考察聚合物的力学性能时，应当区分纯弹性、塑性和缓弹性形变“。纯弹性形变与普通固体的弹性形变相似，这种形变与原子间距离的变化以及大分予中连接原子的价键角的变化有关，也就是说，当发生这种形变时，体系的内能发生变化。这种形变以纯粹的形式表现于低温下或大形变时。塑性形变与大分子相互间的不可逆移动有x3s f r f r c 的制备及试验方案设计式中：p 。表观( 体积) 密度，k g m 3 ：m 试样的质量，g ；嘲样的体积，嗍3 。( 3 ) 硬度参照g b4 4 9 3 8 4 测定。表达指标：邵氏硬度c 。( 4 ) 弯曲性能采用悬臂梁测试原理进行测试，即将被测试样一端夹入一支架中，另一端为悬臂粱，测试悬臂梁端的变形挠度，并测试计算试样的单位长度的重量。表达指标：弯蓝刚度、弯曲模量。分别由下式进行计算：弯曲模量e ：e = 蚤( 3 _ 4 )弯曲刚度g ：g = 日，( 3 5 )式中：q 单位长度载荷，n m ；，一试样伸出长度，n l ；_ y 挠度，m ；，一断面惯性矩，m 4 。( 5 ) 不同温度下的拉伸性能将试样用锋利刀刃切成底面2 0 i i i 6 0 m m ，厚1 0 舢的长方体状试样若干块，参照g b 厂r6 3 4 4 一1 9 9 6 标准在英国产的h l s 帅n 5 5 6 5 万能强力机上进行测试。试样夹持距离2 5 m m ，拉伸速度2 5 m m r n i n ，测试温度分别为：一6 0 、4 0 、o 、2 5 、5 0 、7 5 、1 0 0 、1 2 5 。在i n s 的n 5 5 6 5 万能强力机的高低温箱中调整温