利用AFM研究炭黑的微观分散

炭黑在橡胶中的分散程度对其补强性能的发挥至关重要,工业生产中用光学显微镜获得的胶料图像仅能判别炭黑粉团的聚集程度,表征混炼工艺是否合格。探究不同炭黑在橡胶中的微观分散程度,有助于从纳米尺度搞清楚炭黑分散程度对炭黑补强性能的贡献。使用原子力显微镜(AFM)获取硫化胶片截面的微观相图,表征出炭黑在橡胶中的分散程度,从分散程度角度解释了不同粒径和结构炭黑的补强性和耐磨性的差异。选取最具代表性的五种炭黑为原料,定量表征炭黑聚集体在天然橡胶中的分散程度,统计评价分析炭黑在橡胶中的聚集体尺寸分布和间距分布。结果发现:(1)炭黑原生粒径越小其炭黑微观分散程度越好;(2)N115粒径最小,在胶料中分布最均匀导致其补强性能最佳,但是粒径太小混炼困难;(3)N300系列炭黑在橡胶中,结构程度对炭黑微观分散程度的影响较小,但随着结构的增高,其补强性能更好。     

水润滑橡胶轴承的摩擦性能

以丁腈橡胶(NBR)为基体,制备水滑润橡胶轴承,以水作为润滑介质,研究不同因素对橡胶轴承的硬度和摩擦磨损性能的影响.结果表明,随着炭黑量以及二硫化钼量增加,橡胶轴承的硬度逐渐增大;炭黑量和二硫化钼量明显影响橡胶轴承的磨损量和摩擦系数.在炭黑为70 phr,二硫化钼为10phr时,轴承的磨损量和摩擦系数最小.对磨损和摩擦机理也进行了分析.     

碳化硅填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能

利用冷压烧结的方法制备不同含量和不同粒径的SiC颗粒填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,用M-200环块摩擦磨损试验机进行试验,研究SiC颗粒增强PTFE复合材料在干摩擦状态下的摩擦磨损特性,并且用电子扫描显微镜对复合材料的磨损表面形貌进行观测,对复合材料的磨损机制进行理论分析。此外,还比较了使用和不使用耦联剂对颗粒进行处理的实验对比。结果显示:SiC增强PTFE复合材料耐磨性能有了明显的提高。含量的增加使得耐磨性增强,摩擦系数增大;粒径的增大使得耐磨性降低,摩擦系数增大。比较而言,纳米SiC对PTFE摩擦磨损性能的改进最好。     

再生炭黑橡胶补强特性的研究

热解炭黑（PCB）是废轮胎热解过程中最重要的产品之一,其最有意义的用途之一是作为橡胶的补强填料,从而得到较高的附加值。通过与工业半补强碳黑（SRCB）和商业N330碳黑的比较,发现其结构和性质有差异,而不同炭黑填充的混炼胶的硫化曲线显示表面修饰后的再生炭黑（TWPC）补强的硫化胶的交联程度得到了很大的提高。硫化胶的静态机械性能结果表明,表面修饰后的再生炭黑补强的硫化胶的拉伸强度得到了较大程度的改善。表面修饰后的再生炭黑可以完全替代商用的工业半补强炭黑。     

瓦斯爆炸炭黑结构及产生机理分析

瓦斯爆炸过程中视窗处出现的亮斑现象,分析确定为爆炸过程中产生的有高热辐射特性的炭黑。利用低温液氮吸附比表面积分析仪、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和傅里叶红外光谱等方法,分析了瓦斯浓度下爆炸产生炭黑的孔径分布和表面结构。研究结果表明,炭黑的比表面积为1.507m2·g-1（DFT）,总孔容为4×10-3cm3·g-1。SEM图像显示炭黑颗粒由大量球状物聚集体组成,直径在4~50μm。颗粒表面孔隙高度发育,部分表面有熔融烧结特征;TEM扫描结果显示形成聚集体的颗粒直径大都在100nm左右,粒子间彼此结合,形成链枝结构的炭黑聚集体,放大到8nm可以明显看到初级粒子内部有石墨状的晶格条纹;红外光谱分析结果表明炭黑颗粒内含有大量芳香烃结构,C-H、C-O结构、芳香族及取代苯官能团广泛存在。      

原位接枝改性炭黑对天然橡胶性能的影响

采用原位液相接枝技术在炭黑表面接枝聚乙二醇400,研究了接枝前后炭黑补强天然橡胶的性能.结果表明:在相同填料添加量下,填充接枝改性炭黑的胶料焦烧时间和正硫化时间有所缩短,物理机械性能明显改善;当添加50份填料时,相比于添加未改性炭黑的胶料,填充接枝改性炭黑胶料的结合胶含量提高了16.5个百分点,拉伸强度和撕裂强度分别提升了6.1MPa和19.5kN/m,绝对磨耗质量由0.53g下降至0.37g,硫化胶在0、60和80℃时的tanδ分别下降了16.67%、45.23%和45.45%.动态力学测试和SEM分析表明,胶料性能提升的主要原因是接枝改性炭黑在橡胶基体中分散性的改善及炭黑与橡胶间相互作用力的增加.     

铜基复合发光涂层组织及其摩擦磨损性能

利用真空热压烧结技术以铜粉、铜铝混合粉、高铝青铜合金粉和磷光粉体SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+、Ba Al2O4∶Eu2+,Dy3+为原料分别制备纯铜、铜铝和高铝青铜系列的铜基复合发光涂层,采用MMW-1A型摩擦磨损试验机测试磷光颗粒掺杂的不同铜基复合涂层的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜分析摩擦前后复合涂层磨损表面形貌.结果表明:磷光颗粒在3种复合涂层中都是均匀分布于涂层中,与各基体之间形成机械结合;硬质磷光颗粒可以显著增强铜铝基复合发光涂层和高铝青铜基复合发光涂层的耐磨性,其中高铝青铜基复合发光涂层摩擦磨损性能、磨损表面组织均优于铜铝基复合发光涂层,高铝青铜基复合发光涂层的磨损机制主要为磨粒磨损.     

双尺度炭黑粒子复配对天然橡胶复合材料性能的影响

采用炭黑N660、N110复配制备炭黑/天然橡胶复合材料。通过扫描电镜(SEM)和橡胶加工分析仪(RPA)等表征方法对不同互配比的炭黑/天然橡胶复合材料的微观结构及性能进行表征。研究了不同互配比的炭黑对天然橡胶复合材料的动态力学性能及耐切割性能的影响。研究结果表明,恰当的双尺度炭黑复配可降低炭黑粒子之间的相互作用,从而明显改善炭黑在橡胶复合材料中的实际分布粒径,提高炭黑的分散性。橡胶复合材料的动态损耗可能是橡胶分子链之间的摩擦损耗、橡胶和炭黑的界面摩擦损耗、炭黑粒子之间的摩擦损耗共同作用的结果。当炭黑N110和N660互配比为40:10时,试样良好的实际粒子分散性和较高的结合胶含量使其具有最小的动态损耗因子,同时表现出最好的耐切割性能。     

纳米纤维素补强橡胶研究进展

纳米纤维素作为一种兼具环境友好、可降解、来源广泛以及可制备出不同形态和性能的纳米颗粒等特点的新型补强填料,近年来在高分子领域引起了极大的关注,但大部分研究局限于塑料领域,鲜见于补强橡胶.纳米纤维素补强橡胶不仅可改善橡胶的力学性能(提高橡胶的强度、模量),而且对橡胶的加工性能有积极影响,与此同时还能赋予橡胶可降解特性,减轻由传统填料补强橡胶所带来的环境污染压力.目前国内外纳米纤维素补强橡胶的研究主要集中在力学性能方面,也有少量关于吸水性能、阻隔性能、导电性以及动态力学性能等的报道.纳米纤维素由于表面较多的羟基而呈较强的极性,寻找高效且简易的方法对其表面改性以改善其在基体内的分散以及与橡胶基体的相容性,仍是目前亟待解决的问题.文中主要综述国内外在纳米纤维素补强橡胶方面的研究进展、笔者所在课题组在纳米纤维素替代炭黑或白炭黑补强橡胶方面所做的系列工作,以及纳米纤维素补强橡胶作为轮胎用橡胶的应用前景.     

搅拌方式对Ni-TiN复合镀层影响的研究

采用机械搅拌和超声波搅拌的电镀方法,在45钢基体上制备Ni-TiN复合镀层。利用原子吸收分光光度计(AAS)、扫描电镜(SEM)及摩擦磨损试验机对复合镀层的TiN粒子复合量、显微组织及其耐磨性能进行研究。结果表明,超声波搅拌-电沉积制备的Ni-TiN复合镀层,其TiN微粒的复合量最大值为10.7wt%,而机械搅拌-电沉积制得的Ni-TiN复合镀层,其TiN微粒的复合量最大值为8.8wt%。采用机械搅拌时,Ni-TiN复合镀层表面有大量粒径较大的颗粒出现,其平均粒径在3μm;而采用超声波搅拌时,Ni-TiN复合镀层表面颗粒相对较小,约为1μm。摩擦磨损试验表明,超声波搅拌-电沉积Ni-TiN复合镀层的磨损程度较小,而机械搅拌-电沉积Ni-TiN复合镀层的磨损程度则较为严重。     

纳米SiO2对甲基乙烯基硅橡胶结构和性能的影响

采用沉淀法和气相法纳米SiO2补强硅橡胶,考察纳米SiO2的添加量和比表面积对结合橡胶量、橡胶吸附层厚度以及硅橡胶补强力学性能的影响.通过溶胀平衡实验计算填料补强能力参数C值,并通过扫描电镜观察填料纳米SiO2在硅橡胶中的分散状态.结果表明:填料添加量对硅橡胶力学性能的影响效果显著,当质量比为0.4时,补强橡胶具有较好的力学综合性能,结合橡胶量增大至49.24%,吸附层厚度增至6.87nm.对于气相法纳米SiO2,增大填料比表面积有利于提高结合橡胶量,改善填料的补强效果,补强硅橡胶热稳定性也相应提高,此外填料的C值也随之增大,进一步验证了填料的补强效果增强.     

医用不锈钢表面TiN薄膜的组织结构和力学性能研究

为改善医用不锈钢的耐磨性,采用反应磁控溅射在304不锈钢表面沉积了TiN薄膜,研究了Ti过渡层沉积时间对TiN薄膜微观结构和力学性能的影响。通过Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、FST1000型薄膜应力测试仪、HSR-2M摩擦磨损试验机和WS-2005型涂层附着力自动划痕仪对样品进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,当Ti过渡层沉积时间为20 min,Ti过渡层厚度为340 nm时,TiN薄膜结晶性最强,硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.6 GPa和327.5 GPa,平均摩擦因数达到最小值0.45,临界载荷达到最大值24.7 N,TiN薄膜的力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力达到最优。进一步延长Ti过渡层的沉积时间,TiN薄膜的柱状晶组织粗化、力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力均降低。     

WCp/Mn13表面复合材料的制备及其冲击磨损性能

为了克服高锰钢Mn13在中低应力条件下冲击磨损性能差的问题，利用离心铸造法制备了WCp／Mn13表面复合材料，通过扫描电镜、能谱、X射线衍射等手段研究了WC陶瓷颗粒与Mn13基体的界面结构，并用不同粒径的WC颗粒复合材料与高锰钢进行了冲击磨损对比试验．研究结果表明：WC与基体形成了一定厚度的扩散层，扩散层中有细小复合碳化物析出，WC与基体间的结合为冶金结合；小颗粒WC增强复合材料的抗冲击磨损性能优于高锰钢，而大颗粒WC增强的复合材料在冲击载荷较小时，抗冲击磨损性能优于高锰钢，当冲击载荷较大时，抗冲击磨损性能不如高锰钢，因此在冲击磨损工况下，应当选择颗粒尺寸适当的WC颗粒增强高锰钢．     

干摩擦条件下金刚石复合膜摩擦学性能

在干摩擦条件下利用 SRV磨损试验机比较了在硬质合金基体上金刚石薄膜、石墨 /金刚石复合膜以及硬质合金 3种试样的摩擦学性能。利用扫描电子显微镜观察了试样和磨痕的表面形貌。利用表面形貌仪测试了磨损体积。研究了振动频率对试样的摩擦学性能影响。结果表明 ,在干摩擦条件下 ,金刚石薄膜与石墨 /金刚石复合膜的摩擦学性能差别不大 ,二者的磨损机理均为微断裂磨损。在干摩擦条件下 ,高频时金刚石薄膜的耐磨性是硬质合金耐磨性的 8～ 10倍 ,其原因是硬质合金的磨损机理存在着从粘着磨损到微断裂磨损的转变     

TC4合金氩弧熔覆TiN复合涂层的组织及耐磨性

为提高钛合金表面性能,以TiN粉和Ti粉为原料,利用氩弧熔覆技术,在TC4合金表面成功制备出TiN增强Ti基复合涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆涂层的显微组织和物相组成;利用显微硬度仪、摩擦磨损试验机测试了复合涂层的显微硬度和室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆涂层主要由TiN棒状树枝晶和TiN颗粒组成,复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,涂层的最高显微硬度可达9.5 GPa;复合涂层在室温干滑动磨损实验条件下具有优异的耐磨性,磨损机制主要是磨粒磨损,其耐磨性较TC4合金基体提高近9倍。     

混炼橡胶均匀性的影响因素及研究方法

橡胶制品中通常采用炭黑和各种颗粒填料来提高胶料的物理性能,炭黑及其它颗粒助剂的分散与分布的均匀性是影响橡胶制品性能的一个重要因素。在轮胎行业表现的更加重要。混炼橡胶的均匀性将会影响到轮胎的耐磨性,抗疲劳等很多性能。采用本公司生产中的胎面胶配方,研究了天然橡胶素炼,密炼时间,投料循序,均匀剂,炭黑粒径对炭黑均匀性的影响。     

原位生成TaB_2颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性

以Ta粉、B粉和Ni60A粉为原料,利用氩弧熔覆技术在Q235钢基体表面制备原位生成TaB_2颗粒以增强Ni基复合涂层。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计以及摩擦磨损试验机对复合涂层的显微组织、物相、显微硬度以及涂层耐磨性进行分析研究。结果表明,镍基复合涂层形成良好,没有气孔和裂纹等缺陷,涂层与基体呈现良好的冶金结合。熔覆层由原位生成的TaB_2颗粒相、Fe-Cr相及Cr_7C_3相组成。TaB_2颗粒弥散分布在基体上,氩弧熔覆涂层的平均显微硬度达到11.50 GPa,比基体Q235钢提高约4倍。在室温干滑动磨损条件下,该熔覆涂层的耐磨性比基体提高约12倍。     

混炼插层法制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料

采用有机改性蒙脱土和新型补强性促进剂，通过混炼插层法制备了天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料，用X射线衍射和透射电镜表征了纳米复合材料的结构和形态，用表观交联密度测定和红外光谱研究了蒙脱土与橡胶的相互作用，同时用X射线衍射法研究了混炼和硫化过程中天然橡胶分子链对蒙脱土的插层过程．结果表明，蒙脱土在橡胶基体中以纳米级厚度片层分散；补强性促进剂能加强蒙脱土与橡胶间的结合；天然橡胶分子链在混炼过程中便开始对蒙脱土进行插层，并主要在焦烧时间前的硫化诱导期内完成大部分插层过程，硫化开始后蒙脱土的纳米级分散进一步完善，直至硫化完成．添加2％～10％有机蒙脱土的天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料的力学性能和动态力学性能优于40％N770炭黑补强的硫化胶．     

氧化铝颗粒-耐热钢基复合材料的高温磨损特性

采用化学气相沉积技术对氧化铝颗粒表面进行涂层处理,通过负压铸渗工艺制备了氧化铝颗粒－耐热钢基复合材料,并对其在900 ℃下的高温磨料磨损特性进行了研究,结果表明耐热钢在高温下的磨损主要是由磨料的滚压形成的挤出唇、翻边脱落所引起,磨损量较大,而复合材料高温磨损时颗粒突出于基体,承受载荷多,阻碍了磨粒对基体的损伤,因而抗磨性较好,其高温耐磨性是基体材料的3.3倍多．     

氧化铝颗粒—耐热钢基复合材料的高温磨损特性

采用化学气相沉积技术对氧化铝颗粒表面进行涂层处理,通过负压铸渗工艺制备了氧化铝颗粒－耐热钢基复合材料,并对其在９００℃下的高温磨料磨损特性进行了研究,结果表明：耐热钢在高温下的磨损主要是由磨料的滚压形成的挤出唇,翻边脱落所引起,磨损量较大,而复合材料高温磨损时颗粒突出于基体,承受载荷多,阻碍了磨粒对基体的损伤,因而抗磨性较好,其高温耐磨性是基体材料的３．３倍多。