摘 要

橡胶粘接颗粒材料是以橡胶材料为连续相，无机颗粒为分散相制备而成的橡胶复合材料。由于分散相小尺寸效应以及表面效应，使得橡胶基颗粒粘接复合材料在结构性能及应用方面由于传统的橡胶材料，这一特点为制备新型复合材料提供了新途径。但是，无机颗粒与橡胶基体间的界面粘结状况在很大程度上决定了该复合体系能否发挥出应有的效用。无机颗粒所占百分比也是我们在此实验研究中所研究的重点。

本文针对橡胶及颗粒粘接橡胶复合材料的结构和变性特征，采用拉伸实验方法测试纯橡胶以及具有不同颗粒含量的颗粒填充橡胶复合材料在不同加载速率下的应力和应变-时间曲线以及测试不同颗粒填充百分比试样的松弛性能，基于对实验结果拟合所测试材料的粘弹性本构模型参数，得到不同颗粒填充比的颗粒填充复合材料的Burger's本构模型细观参数。将拟合得到的Burger's模型参数代入Burger's本构模型方程，通过求解微分方程将得到的理论松弛曲线与实验松弛曲线对比验证参数的正确性。

本文所研究的基本内容：

1、制备合成橡胶及不同颗粒填充比的填充橡胶复合材料试样;

2、测试所制备试样的单轴拉伸和应力松弛性能 ;

3、通过应力松弛实验数据拟合得到试样的Burger's本构模型参数并进行验证。

关键词：橡胶材料、颗粒填充、粘弹性、拉伸实验、Burger's模型

Abstract

Rubber bonded granular material is rubber material for the continuous phase, inorganic particles made of dispersed phase made of rubber composite materials. Due to the small size effect of dispersion and the surface effect, the rubber-based particle bonding composite material in the structural performance and application of traditional rubber materials, this feature for the preparation of new composite materials provide a new way. However, the interface between the inorganic particles and the rubber matrix interface to a large extent determine the composite system can play its due effect. The percentage of inorganic particles is also the focus of our study in this experimental study.

In this paper, the structure and denaturation characteristics of rubber and granular adhesive rubber composites were studied. The tensile and experimental methods were used to test the stress and strain-time curves of pure rubber and particle-filled rubber composites with different particle contents at different loading rates. Based on the experimental results, the viscoelastic constitutive model parameters of the tested materials were fitted, and the Burger 's constitutive model parameters of the particle - filled composites with different particle packing ratios were obtained. The proposed Burger 's model parameters are substituted into the Burger' s constitutive model equation. The correctness of the parameters is verified by comparing the theoretical relaxation curve with the experimental relaxation curve.

The basic content of this paper:

1, The preparation of synthetic rubber and different filling the amount of filler rubber composite standard tensile test pieces;

2, The test of the preparation of the relaxation and creep performance;

3.The viscoelastic constitutive model of the tested specimen was established.

Key words: rubber material, particle filling, viscoelastic constitutive model, stretch experiment, Burger's model

目录

摘要 II

Abstract III

第1章绪论 1

1.1橡胶粘接颗粒材料简介 1

1.2橡胶粘接颗粒的国内外研究现状 2

1.2.1橡胶粘接颗粒的研究 2

1.2.2粘弹性本构模型的研究 2

1.3本文工作 3

第2章橡胶粘接木质颗粒的试样的制备与实验 5

2.1橡胶粘接木质颗粒试样的制备 5

2.2橡胶粘接木质颗粒试样的拉伸实验与松弛实验 6

2.2.1橡胶粘接木质颗粒的单轴拉伸实验 6

2.2.2橡胶粘接木质颗粒的应力松弛实验 8

2.3本章小结 8

第3章橡胶粘接颗粒材料的实验数据的处理和分析 9

3.1橡胶粘接颗粒试样的拉伸实验的数据处理和分析 9

3.1.1颗粒填充比为0%的橡胶粘接复合材料 9

3.2.2颗粒填充比为10%的橡胶粘接复合材料 12

3.2.3颗粒填充比为20%的橡胶粘接复合材料 15

3.2橡胶粘接颗粒试样的松弛实验的数据处理和分析 17

3.3本章小结 19

第4章Burger's本构模型的介绍以及参数的拟合 20

4.1 Burger's本构模型的介绍 20

4.2 Burger's本构模型的参数拟合 20

4.3宏观参数的验证 23

4.4本章小结 27

第5章总结与展望 28

5.1工作总结 28

5.2工作展望 28

参考文献 30

致谢 32

第1章绪论

生活和工业中橡胶制品因其种类多样，性能优良被广泛应用到生产生活，道路交通，房屋建设，国防科技等领域。工业上所使用的橡胶材料大多数是具有填充相的复合材料，工业上常用的填充材料是无机颗粒，无机颗粒的的混入可以有效地改善橡胶材料诸多方面的力学性能，使得制备而成的复合材料的弹性模量，抗拉强度，耐磨性得到进一步增强，鉴于此，无机颗粒填充的复合材料具有广泛的应用前景。从细观角度看，复合材料是非均质的多相组合材料，但是从宏观角度看，复合材料又是各向同性的均匀材料，复合材料的性能与基体材料与填充材料的的本身性能有关，此外还和填充材料的用量和尺寸以及分布形式有关。为探究相关复合材料的研发和设计，本论文主要探索填充材料的用量对橡胶力学性能的影响规律，建立无机木质颗粒细观因素与复合体系宏观体系间的相互联系，确定相应的本构关系，这是橡胶领域一直在研究的主题。

1.1橡胶粘接颗粒材料简介

橡胶粘接颗粒材料是以具有不同性能的填料颗粒为离散相，按照一定的排列方式将其填充到连续相基体橡胶中，组成的一类具有特殊结构和性能的复合材料。组合形成的复合材料具有各组分的优点，同时又可以减少相互的缺点，做到意义上的取长补短，这种优越的特性往往是传统的单一材料无法比拟的，尽管如此，但是最终形成的橡胶粘接复合材料的缺点也是无法规避的，两种组份材料用量以及用法的合理配比可以改善最终形成的材料的强度和刚度以及耐磨性，但是又会使得材料本身的断裂韧度下降。事实上，形成的复合材料各组分在力学性能上不仅会受材料本身的影响，同时外界因素，如温度，压强等的影响也会对材料的力学性能造成一定程度的影响。

鉴于上述原因，建立准确高效的数值模拟方法来分析预测橡胶粘接颗粒材料的宏细观力学性能，以及研究其细观结构对宏观力学行为的影响，逐渐成为各国学者研究的热点。一直以来采用有限元计算细观力学方法是研究这类材料宏细观力学性能的主要数值分析手段。但由于这类材料具有高填充比，且基体具有大变形、破坏复杂等特征，采用基于连续介质力学理论的有限元等方法时仍存在较多困难，所以通过实验测试建立粘弹性本构模型研究复合材料的力学特性是研究方法之一，也是研究热点之一。