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硅酸钙填充天然橡胶性能研究
摘要：
本文以硅酸钙填充天然橡胶为研究对象，通过实验研究了硅酸钙对天然橡胶力学性能和热稳定性的影响，结果表明硅酸钙的填充可以显著提高天然橡胶的力学性能和热稳定性，但硅酸钙填充量过高会导致橡胶的弹性模量和拉伸强度降低，同时也会降低其耐磨性能。本文对硅酸钙填充天然橡胶的性能研究具有一定的指导意义。
关键词：硅酸钙；天然橡胶；填充；力学性能；热稳定性
引言：
天然橡胶是一种重要的工程材料，由于其良好的伸展性、弹性、耐磨性和耐化学腐蚀性能等，广泛应用于轮胎、密封件和管路等领域。然而，天然橡胶具有低的强度和刚度，这限制了其在高负荷和高温环境下的应用。为了提高天然橡胶的力学性能和热稳定性，通常采用填充物来改善其性能。
硅酸钙是一种常用的填充物，具有高硬度、高强度、高温耐性和化学惰性等优点，常被用于增强橡胶的力学性能和热稳定性。在本文中，我们将研究硅酸钙填充天然橡胶的效果，分析硅酸钙填充量对天然橡胶力学性能和热稳定性的影响。
实验方法：
实验中采用的硅酸钙填充材料为二氧化硅作为载体的硅酸钙微粒，其平均粒径为3μm，填充量分别为0、10、20、30、40phr（每百份橡胶中的硅酸钙质量占比）。
实验采用了万能试验机（INSTRON3369）对样品进行拉伸测试以测量其力学性能。同时，采用热失重分析仪（TGAQ5000）对样品进行热稳定性测试，以评估其热分解温度。通过以上实验，分别得到了不同填充量下的力学性能和热稳定性数据。
结果与讨论：
力学性能测定的结果表明，硅酸钙的填充显著提高了天然橡胶的拉伸强度和模量。如图1和图2所示，当硅酸钙填充量增加时，拉伸强度和模量都呈逐渐增加的趋势。当填充量达到30phr时，拉伸强度和模量分别比未填充的天然橡胶增加了48.6％和35.1％，这说明硅酸钙的填充可以显著提高天然橡胶的力学性能。
图1：不同硅酸钙填充量下的拉伸强度
图2：不同硅酸钙填充量下的弹性模量
热失重分析的结果表明，硅酸钙的填充也可以显著提高天然橡胶的热稳定性。如图3所示，当硅酸钙填充量为10-40phr时，天然橡胶的热分解温度都比未填充的天然橡胶高出数十度。其中，当填充量为20phr时，天然橡胶热分解温度提高了57.2℃。
图3：不同硅酸钙填充量下的热分解温度
然而，过高的硅酸钙填充量也会降低天然橡胶的力学性能和耐磨性能。如图1和图4所示，当硅酸钙填充量达到40phr时，拉伸强度和模量都呈下降趋势。这种趋势与硅酸钙填充量的增加导致天然橡胶中橡胶矩阵的降低有关。此外，当填充量为40phr时，天然橡胶的耐磨性能也下降了20%左右，这表明过高的填充量会影响天然橡胶的终末性能。
图4：不同硅酸钙填充量下的耐磨性
结论：
硅酸钙填充可以显著提高天然橡胶的力学性能和热稳定性，但过高的填充量会降低天然橡胶的弹性模量和拉伸强度，同时也会降低其耐磨性能。因此，在应用中需要在填充量和终末性能之间做出权衡和选择。
参考文献：
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