天然橡膠的案例
西農(nóng)董娟娥教授團(tuán)隊(duì)JAFC封面綜述：一種新型材料-天然高分子杜仲橡膠
杜仲不僅含有藥理價(jià)值的活性成分，而且含有一種具有橡塑二重性的特殊天然高分子杜仲橡膠（反式-聚異戊二烯，簡稱杜仲膠）。隨著全球工業(yè)對(duì)橡膠材料需求的日益增長，三葉橡膠（順式-聚異戊二烯）資源呈現(xiàn)不足與病蟲害減產(chǎn)的潛在危機(jī)，作為世界第二大天然橡膠資源—杜仲膠（天然橡膠的同分異構(gòu)體）將成為未來橡膠材料的發(fā)展方向之一。我國擁有非常豐富的杜仲資源，被認(rèn)為是最具發(fā)展優(yōu)勢的天然橡膠替代資源，將杜仲膠轉(zhuǎn)化為新型高值化材料發(fā)展?jié)摿薮螅瑫r(shí)也為我國橡膠戰(zhàn)略的布局與發(fā)展提供支撐。
近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院董娟娥教授團(tuán)隊(duì)在國際著名期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上發(fā)表杜仲膠封面綜述文章（圖1），并且美國化學(xué)會(huì)（ACS）配文“Du Zhong”介紹了杜仲及杜仲膠，有助于全球?qū)Χ胖俸投胖倌z的了解，這也是杜仲首次登上國際著名期刊封面，對(duì)于在世界上確立杜仲橡膠作為天然橡膠資源的地位具有重要意義。
圖1 杜仲膠封面綜述
在該論文中作者首先介紹了杜仲膠在杜仲不同組織中的分布特點(diǎn)，繼而對(duì)杜仲膠的生物合成、提取分離、結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)及改性等方面系統(tǒng)性的綜述了目前杜仲膠的研究狀況。杜仲膠廣泛的存在于杜仲的種皮、果實(shí)、葉、樹皮、根等組織，其中種皮中含量最高，可達(dá)12%-18%，主要分布在種皮的薄壁細(xì)胞中，一般采用有機(jī)溶劑（如甲苯、丙酮）提取純化，甲羥戊酸（MVP）途徑是生物合成杜仲膠前驅(qū)物異戊二磷酸的主要途徑。
杜仲膠為典型的直鏈型高分子，容易發(fā)生交聯(lián)。
展開 大連理工大學(xué)賓月珍教授團(tuán)隊(duì)《CEJ》：天然橡膠增韌碳納米管巴基紙及其在電磁屏蔽，導(dǎo)熱，焦耳加熱和摩擦納米發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用
鑒于此，大連理工大學(xué)賓月珍教授團(tuán)隊(duì)
選擇環(huán)保
的天然橡膠（NR
）
作為BP
的
“增韌
劑
”，通過簡單的真空過濾方法，制備了NR
增韌BP
（簡稱NR-BP
），制備的NR-BP
兼具柔韌性和高電導(dǎo)率，拓展了其在電磁
屏蔽，導(dǎo)熱，焦耳加熱和
摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG
s）等領(lǐng)域的應(yīng)用，
為制備多功能可穿戴電子設(shè)備提供了一種新策略 (圖1
)
。
圖1. NR-BP的制備及其多功能性（電磁屏蔽，導(dǎo)熱，焦耳加熱和TENGs）
由圖2
可知，真空輔助過濾可以很容易地放大得到A4
或更大尺寸的NR-BP
。
制備
的NR-BP
可以進(jìn)一步折疊成紙鶴和紙船，放置在花上，
顯示
出良好的柔韌性和
輕質(zhì)的特點(diǎn)
。
同時(shí)NR-BP
在高斷裂
伸長率
下仍然表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性
，其中CNR4
（20
wt% NR
）
的
斷裂伸長率和電導(dǎo)率分別為 27.80%
和32.26 S/cm
，CNR1
（50
wt% NR
）
的
斷裂伸長率和電導(dǎo)率分別為191.23%
和21.74 S/cm
。
圖2.
展開 芯片之后，警惕橡膠危機(jī)
美國僅有的三家天然橡膠分銷商之一的科羅拉多州斯普林斯公司Simko North America表示，中國正在為國家儲(chǔ)備儲(chǔ)備橡膠，部分是從越南采購，因?yàn)樵侥仙a(chǎn)一種獨(dú)特的橡膠等級(jí)，用于膠帶、繃帶和汽車輪胎的側(cè)壁。
總部位于吉隆坡的天然橡膠生產(chǎn)國協(xié)會(huì)（Association of natural rubber Producting Countries）今年1月發(fā)布的一份報(bào)告顯示，盡管與疫情相關(guān)的中斷導(dǎo)致美國進(jìn)口銳減16%，但中國2020年的天然橡膠采購量與前一年持平，。
Intertape Polymer Group是一家為電子商務(wù)公司生產(chǎn)膠帶的公司，該公司全球采購部主管邁克?瓊斯（Mike Jones）表示，去年年底，美國橡膠供應(yīng)變得非常緊張，一些分銷商的緩沖庫存已經(jīng)用完。“一旦購買開始，不僅是中國，許多輪胎公司也紛紛回購橡膠，因此美國的橡膠供應(yīng)變得非常緊張。”
市場表現(xiàn)中，橡膠期貨價(jià)格正在上漲。彭博數(shù)據(jù)顯示，2月底，天然橡膠價(jià)格攀升至每公斤約2美元，為四年來新高，隨后又出現(xiàn)下跌。橡膠巨頭Halcyon Agri Corp.的前首席執(zhí)行官羅伯特·邁耶（Robert Meyer）認(rèn)為，未來五年價(jià)格將飆升至5美元。
“我們現(xiàn)在看到的供應(yīng)問題是結(jié)構(gòu)性的，”現(xiàn)任新加坡風(fēng)險(xiǎn)投資公司Angsana Investments Private Ltd.的董事總經(jīng)理Meyer稱，“這個(gè)問題不會(huì)很快改變。”
根據(jù)供應(yīng)鏈研究公司Elm Analytics的創(chuàng)始人Tor Hough所言，這種情況正暴露出幾十年來一直是汽車行業(yè)福音的即時(shí)制造方式的危險(xiǎn)。
展開 中國熱科院田維敏團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所李家洋團(tuán)隊(duì)、梁承志團(tuán)隊(duì)解析橡膠樹馴化的遺傳機(jī)制
近日，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所田維敏教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)和梁承志研究員團(tuán)隊(duì)在國際主流雜志《Nature Communications》上發(fā)表“Genomic insight into domestication of rubber tree”研究論文，系統(tǒng)地闡明了橡膠樹早期馴化的遺傳基礎(chǔ)，揭示了增加的乳管列數(shù)量是橡膠樹早期馴化的首要性狀，并通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）鑒定到一個(gè)調(diào)控乳管數(shù)量的馴化基因。
天然橡膠是一種工業(yè)原材料，對(duì)國家的工業(yè)化建設(shè)及國防安全至關(guān)重要。多年來我國天然橡膠自給率持續(xù)偏低，2022年僅為13%，已嚴(yán)重威脅產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和國家戰(zhàn)略安全。橡膠樹是世界天然橡膠的主要來源。自1876年英國人魏克漢引種開始，開啟了橡膠樹人工馴化歷程。經(jīng)過一百余年的選擇和改良，目前四生代無性系熱研8-79的產(chǎn)量是未經(jīng)選擇實(shí)生樹的4倍左右，但其馴化的遺傳基礎(chǔ)有待解析。
在本研究中，研究人員首先構(gòu)建了一個(gè)高質(zhì)量橡膠樹基因組以及涵蓋335份種質(zhì)材料的遺傳變異圖譜，通過群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)150年人工馴化在基因組層面存在的痕跡，并鑒定到多個(gè)受選擇的產(chǎn)量相關(guān)基因。樹干樹皮中的次生乳管密切聯(lián)系著天然橡膠生產(chǎn)，是橡膠樹產(chǎn)量形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。研究人員通過GWAS分析，鑒定到一個(gè)調(diào)控乳管分化的主效基因HbPSK5。
展開 
耐疲勞橡膠配方分析
一.概述
橡膠材料的疲勞性能可定義為在周期性變形或外力作用下(如彎曲、剪切、壓縮和拉伸等) ,其物理機(jī)械性能下降的現(xiàn)象。疲勞破壞是指在低于材料破壞強(qiáng)度下,橡膠因受周期性應(yīng)力或應(yīng)變,其表面或內(nèi)部產(chǎn)生微觀損傷,并逐漸發(fā)展成宏觀裂紋直至制品喪失使用性能的現(xiàn)象。在日常工作條件下,大多數(shù)橡膠制品都是在動(dòng)態(tài)變形條件下使用的,研究并尋找橡膠材料耐疲勞破壞性的規(guī)律,對(duì)保證橡膠制品的使用可靠性具有重要意義。科標(biāo)技術(shù)從事耐疲勞橡膠成分分析、配方開發(fā)服務(wù)。
二.耐疲勞橡膠
2.1耐疲勞橡膠常見體系：
2.1.1橡膠類型
橡膠類型是影響疲勞破壞性能的主要因素,橡膠材料的應(yīng)力結(jié)晶能力與其疲勞行為密切相關(guān),在合適的或較高應(yīng)力下,應(yīng)力結(jié)晶有利于橡膠材料的耐屈撓破壞性能,主要原因是阻礙微觀破壞及擴(kuò)展起主要作用。另外,在低應(yīng)變條件下橡膠材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高,耐疲勞破壞性能就越好,這是因?yàn)?em>橡膠分子的松弛機(jī)理起主要作用。
對(duì)天然橡膠和丁苯橡膠以多次拉伸的方式，進(jìn)行了疲勞破壞實(shí)驗(yàn)。拉伸應(yīng)變小時(shí)，NR的疲勞壽命比SBR的小，這是因?yàn)槎”?em>橡膠的Tɡ高于天然橡膠，其分子的應(yīng)力松弛機(jī)能在此時(shí)占支配地位；拉伸應(yīng)變大時(shí)，NR的疲勞壽命比SBR的大。其原因在于天然橡膠具有拉伸結(jié)晶性，此時(shí)阻礙微破壞擴(kuò)展占了支配地位。所以在低應(yīng)變區(qū)域，Tɡ較高的丁苯橡膠，其耐疲勞破壞性優(yōu)于天然橡膠；而在高應(yīng)變區(qū)域，具有拉伸結(jié)晶性的天然橡膠的耐疲勞破壞性較好。
展開 Science：滑動(dòng)環(huán)水凝膠，20年前老idea也能做出新意
研究者認(rèn)為，除了α-環(huán)糊精的“滑輪效應(yīng)”，還存在類似天然橡膠中的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶機(jī)制。在單軸拉伸下，交聯(lián)α-環(huán)糊精沿鏈滑動(dòng)，相互靠近，交聯(lián)點(diǎn)之間的聚合物鏈被定向拉伸，并呈平行排列（下圖b）。在極大的應(yīng)變下，相互暴露并高度取向的聚乙二醇鏈會(huì)發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶（下圖c）。應(yīng)變消失，所形成的緊密堆積的晶體結(jié)構(gòu)破壞，聚乙二醇鏈和α-環(huán)糊精可快速恢復(fù)到最初的結(jié)構(gòu)（下圖a）。
滑動(dòng)環(huán)水凝膠拉伸過程示意圖。圖片來源：Science
為了證明這些猜測，研究者對(duì)材料進(jìn)行小角X射線散射（SAXS）分析。在拉伸時(shí)，由于滑動(dòng)環(huán)作用，使得混亂的聚乙二醇平行取向排列，并在應(yīng)變誘導(dǎo)下結(jié)晶，使得水凝膠變硬，小角X射線散射圖案中觀察到尖銳條紋。但當(dāng)應(yīng)變釋放時(shí)，它們會(huì)很快恢復(fù)到凝膠的柔性狀態(tài)，應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶相消失。這與天然橡膠的拉伸恢復(fù)過程相似，也因此具有和天然橡膠一樣良好的循環(huán)拉伸性能。
循環(huán)應(yīng)力下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。圖片來源：Science
“現(xiàn)有水凝膠存在的問題是機(jī)械性能較差，目前的增強(qiáng)方法，只能保證有限次的拉伸循環(huán)，也無法迅速恢復(fù)”，Koichi Mayumi說，“我們從天然橡膠中獲得靈感，在保持彈性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了天然橡膠般的韌性和可恢復(fù)性”。“由于水凝膠含水量超過50%，具有高度的生物相容性，對(duì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用至關(guān)重要”，Mayumi說，“下一階段的研究是嘗試分子的不同排列，簡化結(jié)構(gòu)，降低材料的成本，這將有助于加速材料在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用。”
展開 橡膠與熱塑性彈性體有什么區(qū)別？
解釋為什么丁基橡膠比其它彈性體如天然橡膠更耐氧化，耐老化
天然橡膠 (簡稱
NR
) 通常分煙片膠、縐片膠、風(fēng)乾膠、標(biāo)準(zhǔn)膠…等。
其中風(fēng)乾膠為不經(jīng)過煙熏而直接風(fēng)乾的天然橡膠、顏色較淺，適合做淺色和豔色制品。天然橡膠的大分子結(jié)構(gòu)單元是異戊二烯，大分子鏈主要是由順-1，4 -聚異戊二烯構(gòu)成。
NR是所有橡膠中機(jī)械性能與加工性能綜合性能最好的一種橡膠。
它主要的性能特點(diǎn)：
1.優(yōu)點(diǎn)
1 )帶有結(jié)晶性、自補(bǔ)強(qiáng)性非常好，生膠及配合膠的機(jī)械強(qiáng)度高
2 )具有獨(dú)特的粘彈性、分子量大、門尼粘度高，一般需經(jīng)素?zé)挿侥苁褂?
3 )無極性、溶於非極性溶劑、粘著性好、彈性好、滯後損失小，能耐多次屈撓彎曲變形
2.缺點(diǎn)
非橡膠成分多、且波動(dòng)較大( 4% ~ 10% )、所以品質(zhì)不夠均一、含不飽和雙鍵、易老化。
丁基橡膠（ 簡稱
IIR
是用少量異戊二烯（丁二烯）與異丁烯進(jìn)行共聚制成的一種彈性體，具高度飽和性。
一般不需要素?zé)挘⒁獠灰c不飽和橡膠共混，不飽和度低，要用超促進(jìn)劑和較少硫磺或用樹脂硫化。
展開 橡膠制品的撕裂強(qiáng)度檢測方法及影響因素
三、影響撕裂強(qiáng)度的因素
1.撕裂強(qiáng)度與橡膠分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系
隨分子量增加,分子間的作用力增大,相當(dāng)于分子間形成了物理交聯(lián)點(diǎn),因而撕裂強(qiáng)度增大;但當(dāng)分子量增高到一定程度時(shí),其強(qiáng)度不再增大,逐漸趨于平衡。結(jié)晶性橡膠在常溫下的撕裂強(qiáng)度比非結(jié)晶性橡膠高,如表8-20所示。
圖8-20 各種橡膠的撕裂強(qiáng)度
由表8-20可見,常溫下天然橡膠和氯丁橡膠的撕裂強(qiáng)度較高,這是由于結(jié)晶型橡膠撕裂時(shí)產(chǎn)生誘導(dǎo)結(jié)晶后、使應(yīng)變能力大為提高。但是高溫下,除天然橡膠外,撕裂強(qiáng)度均明顯降低。填充炭黑后的硫化膠撕裂強(qiáng)度均有明顯的提高,特別是丁基橡膠的炭黑填充膠料,由于內(nèi)耗較大,分子內(nèi)摩擦較大,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能,導(dǎo)致撕裂強(qiáng)度較高。
2.撕裂強(qiáng)度與硫化體系的關(guān)系
撕裂強(qiáng)度隨交聯(lián)密度增大而增大,但達(dá)到最大值后,交聯(lián)密度再增加,則撕裂強(qiáng)度下降,交聯(lián)密度比拉伸強(qiáng)度達(dá)到最佳值時(shí)要低多硫鍵具有較高的撕裂強(qiáng)度,故在選用硫化體系時(shí),要盡量使用傳統(tǒng)的硫黃-促進(jìn)劑硫化體系。硫黃用量以2.0~3.0質(zhì)量份為宜,促進(jìn)劑選用中等活性、平坦性較好的品種,如DM、CZ等。在天然橡膠中,如用有效硫化體系代替普通硫化體系時(shí),撕裂強(qiáng)度明顯降低,但過硫?qū)ζ溆绊懖淮蟆６闷胀蚧w系時(shí),過硫則對(duì)撕裂強(qiáng)度有顯著的不良影響,撕裂強(qiáng)度會(huì)顯著降低。
3.撕裂強(qiáng)度與填充體系的關(guān)系
隨炭黑粒徑減小,撕裂強(qiáng)度增加。在粒徑相同的情況下,能賦予高伸長率的炭黑,也即結(jié)構(gòu)度較低的炭黑對(duì)撕裂強(qiáng)度的提高有利。在天然橡膠中增加高耐磨炭黑的用量,可使撕裂強(qiáng)度增大。在丁苯橡膠中增加高耐磨炭黑時(shí),出現(xiàn)最大值,然后逐漸下降。一般合成橡膠使用炭黑補(bǔ)強(qiáng)時(shí),都可明顯提高撕裂強(qiáng)度。一般來說,撕裂強(qiáng)度達(dá)到最佳值時(shí)所需的炭黑用量,比拉伸強(qiáng)度達(dá)到最佳值所需的炭黑用量高。
展開 橡膠疲勞≠金屬疲勞 第1部分：平均應(yīng)變效應(yīng)
計(jì)算無定形和應(yīng)變結(jié)晶橡膠中裂紋擴(kuò)展速率的模型
橡膠的疲勞特性可以繪制在Haigh圖中，但橡膠的等壽命曲線與金屬有很大不同。在金屬疲勞分析中，假設(shè)裂紋總是垂直于最大主應(yīng)力方向擴(kuò)展，而這對(duì)于橡膠來說并不總是正確的，特別是在涉及應(yīng)變結(jié)晶和非松弛載荷的情況下。因此，對(duì)于橡膠疲勞分析，需要使用臨界平面分析方法[5]，通過計(jì)算材料單元在多個(gè)潛在疲勞開裂面上的疲勞壽命，找出其中具有最短壽命的裂紋平面，將其確定為最危險(xiǎn)的開裂面。
圖4顯示了疲勞壽命和臨界平面方向?qū)?yīng)變幅度和平均應(yīng)變的依賴性。為每對(duì)應(yīng)變振幅和平均應(yīng)變坐標(biāo)繪制一個(gè)球體，其上的顏色表示疲勞壽命，單位法向量表示臨界平面方向。可以看出，平均應(yīng)變和應(yīng)變幅值的不同組合可以產(chǎn)生一定范圍的裂紋平面取向。
圖4. 臨界平面分析包括整合每個(gè)可能裂紋方向的裂紋擴(kuò)展速率定律，并確定產(chǎn)生最短壽命的方向（圖4左）。Haigh圖（圖4右）中的每個(gè)點(diǎn)都與其自身的臨界平面方向相關(guān)聯(lián)。
天然橡膠（NR）和丁苯橡膠（SBR）的Haigh圖如圖5所示。在這些圖像中，紅色表示疲勞壽命短，藍(lán)色表示疲勞壽命長。對(duì)于天然橡膠（圖5左），Haigh圖的長壽命區(qū)域呈現(xiàn)出顯著的圓頂狀形狀，表明在應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的影響下平均應(yīng)變對(duì)提高壽命的有益效果。相反，SBR的疲勞壽命總是隨著平均應(yīng)變的增加而降低。即使如此，SBR的Haigh圖具有與材料的超彈性相關(guān)的非線性特征，這也不同于金屬。
圖5. 為NR（左）和SBR（右）橡膠計(jì)算的圖表。
需要注意的是，橡膠中的應(yīng)變結(jié)晶效應(yīng)與溫度相關(guān)。在較冷的溫度下，這種影響較強(qiáng)，而在較高溫度下，這種影響較弱。圖6比較了三種不同溫度下結(jié)晶橡膠的實(shí)驗(yàn)Haigh圖[6]（頂部）和計(jì)算結(jié)果（底部）。
圖6.
展開 橡膠制品的動(dòng)態(tài)疲勞及配方設(shè)計(jì)方案
天然硫化膠變化不太大。
橡膠的結(jié)晶能力對(duì)其耐疲勞性能,也有顯著影響。結(jié)晶橡膠形變疲勞時(shí),結(jié)晶結(jié)構(gòu)有助于提高耐疲勞作用。
各種橡膠耐疲勞性能的比較如表5-4所列。采用德墨西亞屈撓試驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)表月,各種橡膠試樣,抵抗產(chǎn)生裂口的能力有以下順序:
IIR>>CR>>SBR>NBR>NR
而抵抗裂口增長的能力,又有以下順序:
IR>>CR>NR>>SBR≥NBR
實(shí)驗(yàn)表明,丁苯硫化膠抵抗產(chǎn)生裂口能力比天然硫化膠大四倍,但抵抗裂口增長速度,丁苯硫化膠只有天然橡膠的三百分之一。氯磺化聚乙烯具有優(yōu)秀的耐疲勞性能。
疲勞形變率對(duì)各種橡膠的耐疲勞性能,有不同的影響,如低形變率,丁苯硫化膠和順丁硫化膠都有良好的耐疲勞性能,但高形變率,天然和異戊硫化膠卻表現(xiàn)出良好的耐疲勞性能。
從疲勞后橡膠物理機(jī)槭性能的變化,可以衡量出各種橡膠的耐疲勞性能。表5-5所列是天然橡膠、順丁橡膠和丁苯橡膠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,能夠看出天然橡膠有較好的耐疲勞性能。
填料硫化橡膠的疲勞
含填料硫化橡膠的微結(jié)構(gòu)中，由于填料的不均勻分散，更表現(xiàn)為不均勻體系。不均勻度越大，物性越差。實(shí)驗(yàn)表明，含填料硫化橡膠，動(dòng)態(tài)疲勞作用下，更進(jìn)一步的促進(jìn)了體系的不均勻性。
對(duì)于含炭黑的硫化的動(dòng)態(tài)勞。發(fā)現(xiàn)我勞初期網(wǎng)構(gòu)中網(wǎng)格密度，有所下降，且填料補(bǔ)強(qiáng)性越好，填充量越多，網(wǎng)格密度下降的越大。未填充硫化膠，無這種現(xiàn)象。這個(gè)原因，是在填充橡膠結(jié)構(gòu)中，炭黑粒子與大分子形成的物理結(jié)合，經(jīng)過多次形變疲勞，在較弱的結(jié)合處發(fā)生破壞。這種弱物理結(jié)合的破壞，停止疲勞后，有一部分還可恢復(fù)。
展開 底盤橡膠部件低溫特性的試驗(yàn)研究
1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與試驗(yàn)設(shè)計(jì)
為研究各種溫度段內(nèi)底盤橡膠部件的特性變化，本文中選取一種典型的橡膠襯套，即某轎車后縱臂軸套(見圖1)進(jìn)行研究，這種懸架襯套主要承受汽車加速和制動(dòng)時(shí)的縱向載荷和轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)向載荷，對(duì)減少汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)零部件之間的沖擊起重要作用。
考慮到汽車底盤橡膠部件中含有很多純天然橡膠，其特性與純天然橡膠的特性類似。圖2為純天然橡膠隨著溫度的動(dòng)態(tài)特性變化。由圖可以看出，低溫段屬于從玻璃相遷移到橡膠相的過渡階段，在這個(gè)范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)特性變化非常大。因此本文中在研究底盤橡膠部件在不同溫度下動(dòng)剛度和相位角的變化特性時(shí)將試驗(yàn)溫度點(diǎn)設(shè)為：-40，-35，-30，-25，-20，-15，-10，-5，0，20，40，60和80℃。
每次試驗(yàn)前，為消除Mullin效應(yīng)，先用測量范圍1.1倍的力進(jìn)行3次靜態(tài)試驗(yàn)，然后進(jìn)入正式測試階段。
為消除傳感器噪聲的影響，提高數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性[6]，本文中利用Matlab語言對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
2 靜態(tài)特性試驗(yàn)研究
底盤橡膠部件的主要特性有頻率依賴性?振幅依賴性和溫度依賴性[7-10]。橡膠部件的常規(guī)特性試驗(yàn)有兩種，即靜態(tài)特性試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)。
靜態(tài)特性指的是在靜態(tài)載荷作用下橡膠部件的特性，例如汽車在停放狀態(tài)下橡膠部件的剛度特性。通過靜剛度的調(diào)整可控制整車和各總成的定位參數(shù)。
本文中以0.1mm/s的加載速度采用三角波的方式進(jìn)行試驗(yàn)，得到后縱臂軸套X方向靜剛度曲線，如圖3所示，相應(yīng)數(shù)據(jù)見表1。
圖4為X方向靜剛度隨著溫度的變化曲線。由圖可見，靜剛度基本上隨著溫度的下降而增大，-40℃時(shí)的靜剛度約為80℃時(shí)靜剛度的1.3倍。
展開 
橡膠制品常見老化因素
氧與橡膠大分子的反應(yīng)機(jī)理可表示如下：
全部氧化反應(yīng)過程由兩個(gè)階段組成，即第一階段過氧化物(ROOH)生成的連鎖反應(yīng)和第二階段不斷積累的氫過氧化物分解成新的游離基，導(dǎo)致氧化速度加快。
橡膠氧化的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致大分子斷裂，支化或交聯(lián)反應(yīng)，橡膠大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致性能下降。當(dāng)然，由于不同品種的橡膠，其化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)、雙鍵含量及其活潑程度各有差異，所以它們的氧化特性不完全一樣。高不飽和度的天然橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠和丁 腈橡膠，最易氧化。丁苯橡膠中，如苯乙烯含量越多，主鏈上的雙鍵含量也就越少，氧化速度因之減慢。丁 腈橡膠的丙烯腈含量增高，氧化速度也同樣減慢。丁基橡膠的不飽和度很低，其氧化速度比天然橡膠慢得多，故耐熱氧化作用很好。乙丙橡膠是飽和橡膠，分子主鏈上不含雙鍵，所以耐熱氧化作用更為優(yōu)良。氯丁橡膠分子主鏈上雖含有大量雙鍵，但其雙鍵和α-氫原子的反應(yīng)活性卻較低，這是因?yàn)殡p鍵碳原子上連有氯原子，氯原子的吸電子性使雙鍵的親核性降低，所以削弱了與氧的反應(yīng)能力。
除了不同的橡膠分子鏈結(jié)構(gòu)影響抗氧能力以外，不同的硫化膠交聯(lián)結(jié)構(gòu)，抗氧化作用的能力也不同。交聯(lián)鍵的鍵能越高，硫化膠抗氧化能力也越好，如C-C交聯(lián)結(jié)構(gòu)比C-S
x
-C交聯(lián)結(jié)構(gòu)耐熱氧化。
二、變價(jià)金屬
變價(jià)金屬系指具有一定氧化還原電位的二價(jià)和二價(jià)以上的重金屬如銅、錳、鐵、鈷等。變價(jià)金屬離子(表示為M
n +1
)對(duì)橡膠氧化反應(yīng)具有強(qiáng)烈的催化作用，能使橡膠迅速破壞。橡膠氧化時(shí)，變價(jià)金屬離子能起兩個(gè)作用，一方面加速氧化的鏈引發(fā)反應(yīng)，另一方面又催化氫過氧貨物 (ROOH)分解成游離基。在其進(jìn)行催化作用的同時(shí)，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
展開 汽車工業(yè)推動(dòng)橡膠消費(fèi)需求 2018年合成橡膠產(chǎn)量將超600萬噸
合成橡膠是指用化學(xué)方法合成的人造橡膠，具有優(yōu)良的彈性，被廣泛應(yīng)用于車輛、家用電器、醫(yī)用產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。根據(jù)使用特性，合成橡膠可分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。其中，通用合成橡膠是指可以部分或全部代替天然橡膠使用的膠種，如丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠等，主要用于輪胎制品和一般工業(yè)橡膠制品。
目前，合成橡膠的主要生產(chǎn)國是美國、中國、日本、俄羅斯、德國。隨著全球經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)，新興經(jīng)濟(jì)體國家汽車工業(yè)的不斷發(fā)展推動(dòng)了橡膠消費(fèi)的需求。中國、日本和美國繼續(xù)保持著全球橡膠消費(fèi)引領(lǐng)國地位。
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年中國合成橡膠累計(jì)產(chǎn)量為578.7萬噸，同比增長4%。2018年1-2月全國合成橡膠產(chǎn)量累計(jì)為104.5萬噸，累計(jì)同比增速2.5%。
2017-2018年1-2月全國合成橡膠產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表
合成橡膠是指用化學(xué)方法合成的人造橡膠，具有優(yōu)良的彈性，被廣泛應(yīng)用于車輛、家用電器、醫(yī)用產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。根據(jù)使用特性，合成橡膠可分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。其中，通用合成橡膠是指可以部分或全部代替天然橡膠使用的膠種，如丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠等，主要用于輪胎制品和一般工業(yè)橡膠制品。
目前，合成橡膠的主要生產(chǎn)國是美國、中國、日本、俄羅斯、德國。隨著全球經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)，新興經(jīng)濟(jì)體國家汽車工業(yè)的不斷發(fā)展推動(dòng)了橡膠消費(fèi)的需求。中國、日本和美國繼續(xù)保持著全球橡膠消費(fèi)引領(lǐng)國地位。
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年中國合成橡膠累計(jì)產(chǎn)量為578.7萬噸，同比增長4%。2018年1-2月全國合成橡膠產(chǎn)量累計(jì)為104.5萬噸，累計(jì)同比增速2.5%。
2017-2018年1-2月全國合成橡膠產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表
資料來源：前瞻數(shù)據(jù)庫整理
我國合成橡膠產(chǎn)量不斷增大的同時(shí)，合成橡膠的需求量也保持了較快增長。
展開 干貨分享：橡膠的撕裂
橡膠的撕裂
橡膠大形變的拉伸破壞，往往是先在某處產(chǎn)生小裂口，從裂口處撕裂，直至斷裂破壞。特別是橡膠制品的使用過程，由于損傷割裂或內(nèi)在原因，產(chǎn)生裂口，繼而撕裂以至破壞。這是橡膠制品最常見的破壞現(xiàn)象。
（一）橡膠的撕裂現(xiàn)象及撕裂性質(zhì)
橡膠撕裂破壞是從產(chǎn)生裂口開始的,所以橡膠抗裂口能力,直接反映出橡膠的抗撕裂性能。實(shí)驗(yàn)表明,橡膠的損傷割裂與它的彈性摸量、硬度、扯斷強(qiáng)度及動(dòng)態(tài)損失等性能有關(guān)。上列性能指標(biāo)越高,抗裂口能力越強(qiáng)。橡膠的內(nèi)在原因,如大分子作用力。超分子結(jié)構(gòu)(網(wǎng)構(gòu)、取向結(jié)晶、凝膠及填充膠料結(jié)構(gòu)等)以及材料內(nèi)部缺陷等。提高了橡膠微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性,大形變下易于應(yīng)力集中,在內(nèi)部或表面上產(chǎn)生小裂口,裂口發(fā)展以至破壞。所以,提高橡膠微觀結(jié)構(gòu)的均勻性,如提高橡膠網(wǎng)構(gòu)的均勻性和填充膠料結(jié)構(gòu)的均勻性(即填料粒子的向同性和填料分散的均勻性)以及降低凝膠顆粒的含量和大分子的取向性,以至提高結(jié)晶性,都能顯著改善橡膠的抗撕裂性能。
撕裂速度對(duì)橡膠撕裂行為,具有明顯影響。高速撕裂,撕裂表現(xiàn)出剛脆性破壞行為,撕裂截面出現(xiàn)類似貝殼破壞的表面。慢速撕裂,表現(xiàn)出彈性破壞現(xiàn)象。撕裂速度與消耗撕裂能有關(guān)。提高撕裂速度,就增大了撕裂能,撕裂溫度對(duì)撕裂能也有影響提高撕裂溫度,可降低撕裂能。未填充丁苯硫化膠,撕裂速度,溫度與撕裂能之間的關(guān)系如圖5-19所示,立體圖曲面稱之撕裂能表面。
含有細(xì)粒子熱裂法炭黑的丁苯硫化膠,撕裂速度、溫度對(duì)撕裂能量的影響,如圖5-20所示。圖中曲面上升,表示了炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果。各種橡膠的撕裂性能差異很大,除了聚氨酯橡膠外,一般合成橡膠的抗撕性能,都低于天然橡膠。
展開 ABAQUS橡膠襯套靜態(tài)特性計(jì)算測試相關(guān)性分析
為保持測試數(shù)據(jù)的可靠性與一致性，在橡膠襯套樣件制作與測試過程中進(jìn)行如下定義：
1、為了避免橡膠配方不同導(dǎo)致的性能差異，零件制作時(shí)均使用天然橡膠N50；
2、為保證分析模型與實(shí)際樣件幾何參數(shù)一致，不對(duì)零件進(jìn)行縮徑處理，且在無預(yù)載狀態(tài)下進(jìn)行剛度測試；
3、定義測試載荷范圍， X 向加載力的范圍為-1000N 至1000N，Y 向加載力的范圍為-500N 至500N，Z 向加載力的范圍為-3500N 至3500N；
4、為降低橡膠材料粘彈性對(duì)橡膠靜態(tài)性能測試的影響，定義加載控制為速度控制，速度為0.15mm/s；
5、因主要關(guān)注襯套線性靜態(tài)性能，定義零件線性剛度取值范圍為在自由狀態(tài)下-150N -150N；
6、基于統(tǒng)計(jì)原則，每個(gè)襯套結(jié)構(gòu)均采集了三個(gè)樣本的測試數(shù)據(jù)。
3 襯套靜態(tài)性能計(jì)算
考慮到ABAQUS 軟件擁有豐富的材料本構(gòu)模型，較強(qiáng)的非線性分析能力，以及強(qiáng)大的接觸算法，因此選擇ABAQUS 作為橡膠襯套靜態(tài)性能計(jì)算工具。橡膠材料的超彈性本構(gòu)模型選用Mooney-Rivlin 模型。對(duì)于天然橡膠N50，其參數(shù)為C10=0.2897，C01=0.0599。由于橡膠是一種近似不可壓縮材料，在隱式解法中橡膠單元類型通常選用C3D8RH 和C3D8H，而C3D8H 有更佳變形能力，適合于計(jì)算大變形或接觸分析。這里網(wǎng)格類型采用C3D8RH（一階六面體減縮雜交單元）。襯套線性靜剛度是由主簧結(jié)構(gòu)和橡膠類型決定的，因此在建模過程中僅對(duì)襯套主簧進(jìn)行網(wǎng)格劃分。考慮到襯套內(nèi)外管均為金屬結(jié)構(gòu)，如鋁合金、20#鋼等，剛度遠(yuǎn)高于橡膠主簧，因此在建模過程中均剛性處理。內(nèi)管與橡膠主簧硫化結(jié)合處，用剛性單元將襯套彈性中心與之關(guān)聯(lián)，作為激勵(lì)加載端。外管與橡膠主簧硫化結(jié)合處，建立6自由度的約束。
展開 