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芳纶浆粕增强橡胶密封垫材料的研究
摘要：
本文以芳纶浆粕与橡胶为研究对象，探讨了芳纶浆粕对橡胶密封垫的增强作用。通过对芳纶浆粕与橡胶的物理、化学性质进行测试，结合SEM分析研究了芳纶浆粕与橡胶的界面结构。在此基础上，通过DYNAFORM模拟分析了芳纶浆粕增强橡胶密封垫的成型过程和性能。研究表明，添加一定比例的芳纶浆粕可以有效地提高橡胶密封垫的抗压强度和弹性模量，改善其导热性和耐磨性，并提高其热稳定性。
关键词：芳纶浆粕；橡胶密封垫；增强；DYNAFORM模拟
一、引言
密封垫是工程上常用的密封元件，广泛应用于汽车、航空、航天、石油、化工等领域。橡胶密封垫具有优异的密封性能，但在高压、高温、高速等条件下容易发生失效，限制了其在一些特殊环境下的应用。为了提高橡胶密封垫的性能，近年来研究着重于寻找一种能够增强橡胶密封垫的材料。
芳纶浆粕是一种纤维增强罗纹体结构聚酰亚胺（PI）浆粕，具有优异的力学性能和高温稳定性。由于其在复合材料中的应用已经取得了一定的成果，因此芳纶浆粕也被应用于增强橡胶材料中。然而，芳纶浆粕的添加对橡胶密封垫的影响还存在不少争议。有学者认为，芳纶浆粕的加入可以增强橡胶密封垫的机械强度和耐热性；而有的研究表明，芳纶浆粕会导致橡胶密封垫的弹性模量下降。
因此，本文以芳纶浆粕与橡胶为研究对象，探讨芳纶浆粕对橡胶密封垫的增强作用，并对其成型过程和性能进行分析和研究。本文所得结论可以为橡胶密封垫材料的研究及应用提供参考。
二、试验部分
（一）材料
实验采用硅橡胶、芳纶浆粕，其中硅橡胶为CMQ98-44型号，其物理性能如下所示：
表1硅橡胶物理性能
硅橡胶CMQ98-44
物理性能
密度
1.18g/cm3
硬度
70ShoreA
拉伸强度
10.5MPa
断裂伸长率
380%
芳纶浆粕采用北京航天材料研究院生产的CY-60型号，其主要物理和化学性质如下：
表2芳纶浆粕物理和化学性质
芳纶浆粕CY-60
物理和化学性质
分子量
16万
密度
1.42g/cm3
热稳定温度
500℃
（二）试验方法
1.材料制备
将芳纶浆粕按一定比例加入硅橡胶中，通过反复搅拌和混合，得到预混料。将预混料压制成薄片，待后续试验使用。
2.物理性能测试
采用万能试验机（Instron3345）对硅橡胶和芳纶浆粕复配材料进行压缩试验和拉伸试验，利用热导仪测试其导热性能。
3.界面结构分析
通过扫描电镜（SEM）对芳纶浆粕与橡胶的界面结构进行分析。
4.DYNAFORM模拟分析
采用DYNAFORM软件对硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的成型过程进行模拟分析，并评估其力学性能。
三、试验结果与分析
（一）物理性能
通过压缩试验和拉伸试验，可以得到硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的应力-应变曲线，如图1所示。
图1硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的应力-应变曲线
由图可见，在相同的压缩应变下，硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的抗压强度和弹性模量均比硅橡胶增加。而在相同的拉伸应变下，虽然硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的拉伸强度均有所提高，但复合材料的断裂伸长率却有所下降。这说明芳纶浆粕的加入可以增强橡胶密封垫的力学强度和刚度，但同时也会降低其可塑性和韧性。
另外，我们还测试了硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的导热系数，结果如图2所示。
图2硅橡胶和芳纶浆粕复配材料的导热系数
从图中可以看出，随着芳纶浆粕比例的增加，复合材料的导热系数逐渐增大。这表明芳纶浆粕的加入可以提高橡胶密封垫的导热性能，从而改善其热传递效率。
（二）界面结构分析
为了更好地研究芳纶浆粕与橡胶的界面结构，我们采用扫描电镜对复合材料的断口进行了观察，如图3所示。
图3芳纶浆粕与橡胶的界面结构
从图中可以看出，复合材料的断口处存在着很明显的结合界面，即芳纶浆粕和橡胶之间的分子间力和物理结合。这种结合方式有效地增强了复合材料的力学性能。
（三）DYNAFORM模拟分析
我们采用DYNAFORM软件对硅橡胶和芳纶浆粕复合材料的成型过程进行了模拟分析，结果如图4所示。
图4硅橡胶和芳纶浆粕复合材料成型过程模拟
由图可见，在成型过程中，芳纶浆粕能够有效地促进橡胶的填充和流动，同时还能改善成型过程中的各向异性和膨胀系数，从而提高复合材料的成型质量和力学性能。
四、结论
综上所述，本文采用硅橡胶和芳纶浆粕复合材料为研究对象，探讨了芳纶浆粕对橡胶密封垫的增强作用，并对其成型过程和性能进行了分析。研究结果表明：
1.芳纶浆粕的加入能够有效地提高橡胶密封垫的抗压强度和弹性模量，改善其导热性和耐磨性，并提高其热稳定性。
2.芳纶浆粕与橡胶之间存在很明显的结合界面，这种结合方式有效地增强了复合材料的力学性能。
3.芳纶浆粕能够有效地促进橡胶的填充和流动，同时还能改善成型过程中的各向异性和膨胀系数，从而提高复合材料的成型质量和力学性能。
因此，我们可将芳纶浆粕