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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)

炭黑 / 橡胶复合材料多尺度微观结构

分布模型

康永
( 榆林市瀚霆化工技术开发有限公司，陕西 榆林 718100)

摘要 ： 拟采用数值模拟微观结构的方法来推导炭黑 / 橡胶复合材料的多尺度分布模型。事实上，基于统计特性的多尺度方法，
使用同质化技术，使我们能够估计非均匀介质的整体性能界限。本文采用此法的目的是建立一个立体炭黑 / 橡胶复合材料微观结
构形态的三维数学模型。这种多尺度模型，包括一些主要的模型组合，对应于微观结构的物理尺度模型。它可被识别为一种从实
验透射电子显微镜 (TEM) 图像数据和瞬变电磁法获得统计矩数值模拟的原始方法。此法使复杂的粒子团聚体的微观结构的三维数
学模型有效。最后，确定建立形态学模型满足实验材料中的炭黑团聚体的碎石渗流率。
关键词 ： 微观结构 ；非均匀介质 ；三维数学模型 ；多尺度分布 ；纳米复合材料 ；渗流行为
中图分类号 ： TQ330.38 文章编号 ： 1009-797X(2019)09-0010-12
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.09.003

目前，对微观结构三维观测的可能性提供了很多 体或弹性的数量，可从有限元计算中获得的大变形行
其形态的信息，包括在微观结构和空间分布的性质和 为十二面体作为参照 [4] 。模型是描述在橡胶矩阵的第
阶段的分数。巨大的计算能力，使我们能够计算大型 三阶段橡胶填料周围的团聚 [5] 。团聚被定义为炭黑球
三维模拟微结构从微观形貌的知识获得有效的物理性 面形粒子的聚集。此外为获得理想的微结构球形炭黑
能 [1] 。这是均匀化技术的多尺度力学方法。两个程序 粒子十四面体单元格的有限元计算，需从中心立方对
都被视为三维微结构。以往对形态的三维信息是不够 称复合材料黏弹性行为的中心开始 [6] 。一般情况下，
准确的，有限元模型进行的多维数据集技术的等值面 上述分析都要建立在各阶段有彼此关联性的三维结构
重建。在某些情况下，会导致生成模拟的微观结构三 模型之上。
维观测的费用很高或对三维形态的信息缺乏。在本文 本文主要研究内容是建立数学模型计算虚拟组织
中，橡胶用炭黑填料的微观结构被参照使用有关的透 的微观结构形态。根据要使用统计矩的透射电镜图像
射电镜观察其形态的统计距信息。 数据的原始方法标识模型。为了提升该研究方法的效
若要建立微观结构模型，有两种方式可以进行。 率，在此文中研究了具有相同的体积分数的两种材料，
第一种方式采用由简单的形态模型基本单元格方式定 这些材料的混合时间不同，因此它们的炭黑分布也不
期计算模拟微观结构。此方法广泛应用于两个维度， 一样。
并可以扩展到三个维度 [2] 。事实上，第一种方式可将 本文首次对炭黑 / 橡胶复合材料多尺度微观结构
位于十四面体单元格的中心用以确定立方对称性的填 分布模型作了研究。利用透射电镜的方法观察图像的
料橡胶矩阵中心的有效行为。第二种方法采用模拟更 分割和数学形态学测量。同时，采用显微结构的多尺
为逼真的三维微结构。这种做法是基于对三维形态的 度模型和参数识别方法，描述了炭黑分布与特定的识
大量信息数据和计算能力的提高 [3] 。 别过程的多尺度模型。最后，确定炭黑的分布模型，
第一种方式的三维模型来自空间密铺的单元格 并验证了渗流标准。
中。事实上，泰森多边形密铺是广为人知的适用于多
晶体和颗粒介质。十四面体与十二面体的密铺使单元
格组合成泡沫空间模型。第二种方式的模型认为其包 作者简介 ：康永 (1981-)，男，博士研究生，高级工程师，
含夹杂物和 / 或矩阵中的空隙。 现从事无机非金属材料以及功能化高分子复合材料研究工作。
收稿日期 ：2018-08-07
橡胶填料炭黑粒子相应的情况不说明，但其团聚

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