碳纳米管在碳黑填充天然橡胶中的优化：本构模型与有限元分析验证
研究背景
近年来，随着纳米技术的快速发展，碳纳米管（CNTs）作为一种新型的一维纳米材料，因其高纵横比和比表面积，以及优异的电学和热学性能，在橡胶纳米复合材料中的应用日益广泛。然而，如何有效地将碳纳米管与传统填料（如碳黑）结合，以提升天然橡胶的性能，仍然是一个亟待解决的问题。特别是在工业应用中，材料的机械性能和成本效益是关键考量因素。因此，探索碳纳米管与碳黑在天然橡胶中的协同作用，并通过科学的方法优化其性能，具有重要的现实意义。
研究内容
本研究针对碳纳米管与碳黑在天然橡胶中的复合应用，采用两种不同结构的碳纳米管（GC-30和GT-210）进行实验。实验结果表明，GT-210碳纳米管在增强天然橡胶性能方面表现更为优异。为了进一步验证和优化这一结果，研究团队利用有限元分析（FEA）进行了本构模型的建模与分析。通过模拟橡胶材料在不同工作条件（拉伸和压缩）下的机械行为，研究团队成功预测并优化了材料的性能。此外，研究还通过Mooney-Rivlin曲线对填料的分散性进行了表征，并使用本构模型拟合了材料的应力-应变行为。
研究意义
本研究的创新点在于结合实验与有限元分析，提出了一种预测和优化橡胶材料性能的新方法。通过本构模型的建立和验证，研究不仅揭示了碳纳米管与碳黑在天然橡胶中的协同效应，还为工业生产中材料性能的优化提供了理论依据和实践指导。此外，该方法在成本和时间效率上具有显著优势，为橡胶纳米复合材料的开发和应用提供了新的思路。 总之，这项研究为碳纳米管在橡胶材料中的应用提供了重要的理论支持，并为未来高性能橡胶材料的开发奠定了基础。
