a、選用耐磨性好的膠種,如聚氨酯橡膠、天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠,氯丁膠、丁腈橡膠等。一般磨耗條件下,天然橡膠為好,高溫下以丁苯橡膠為好,苛刻條件下(高速)順丁橡膠為好;?b、加粒子小的活性炭黑以提高耐磨性;白色填料以20nm的白炭黑為好。?c、軟化劑起操作助劑使用,以幫助填料的分散,一般不宜超過5份;?d、加入防老劑能改善膠料耐老化性能,從而間接提高耐磨性,一般環(huán)境條件下,在天然橡膠中防老劑AW的耐磨性最好,其次是防老劑D+4010及防老劑D+H。 1.生膠的微觀結(jié)構(gòu)對磨耗的影響較大,當(dāng)分子鏈有共軛雙鍵存在時,可使橡膠的耐磨性提高, 如丁苯膠中的苯環(huán)上含有共軛雙鍵基團, 它能吸收及分布外界能量,使大分子鏈不易受到破壞。因此丁苯膠的彈性、強力、耐曲繞性、低溫性都差,但耐磨性較好。聚胺脂橡膠含有共軛苯環(huán), 所以在各種橡膠中的耐磨性名列前矛,比天然、丁苯高 4 倍以上。 丁苯膠與天然膠相比時, 15 度以下天然膠耐磨性好, 15 度以上丁苯膠的耐磨性好。如果耐磨性提高,則抗滑性下降。因此,在彈性起支配作用的溫度范圍內(nèi),耐磨性與抗滑性存在著相反的關(guān)系。再生膠及油膠類物質(zhì)的增多, 耐磨性下降。 2.炭黑,不同的碳黑品種對配方性能影響不同,如, HAF磨耗量較低,但若與生熱無關(guān),則 MPC、ISAF 較為優(yōu)越,為了研究膠料的耐磨性還須研究生膠與炭黑的關(guān)系。 3.防老劑與環(huán)境條件。防老劑 AW 的耐磨性最好,防老劑 D+4010 次之。反應(yīng)性防老劑 4-亞硝基二苯胺( NPDA)可提供天然膠較低的生熱,明顯地提高耐磨性能。對于膠料具有較高的抗張強度和耐熱性, 同時還需要綜合平衡耐磨和抗滑性,用氯化丁基橡膠加入 55-65 份超耐磨爐黑的耐磨性最好。但氯化丁基橡膠的硬度稍有降低,這是熱分解和硫化返原的結(jié)果。 a.表面處理法。用液態(tài)或氣態(tài)的五氟化銻,對丁睛膠進行化學(xué)處理,可提高耐磨性 7-9 倍。為了防止處理時強力和伸長率降低, 宜采用氣相處理法,保證氟化合物不浸入膠料內(nèi)層。 b.應(yīng)用硅烷偶聯(lián)劑主要是白色填充劑與橡膠之間的結(jié)合。 c.使用新型橡膠。如 1.5-反式聚戊烯橡膠。這種橡膠耐磨性能優(yōu)越,還具有較高的生膠強力和較低的生熱性,用做胎面膠與天然橡膠相似。 d.用丙烯酰胺硫化,采用這種硫化劑硫化的優(yōu)點是無焦燒的危險,硫化平坦期變寬,適當(dāng)選用硫化體系還能縮短硫化時間。硫化膠的耐疲勞、 耐熱性能有所提高,撕裂性能得到改善, 耐磨性較好, 這是因為結(jié)合的丙烯酰胺分子間可生成亞酰胺環(huán)的緣故。 總結(jié):選用適合的高彈性高耐磨的生膠(順丁、聚氨酯等);提高橡膠的補強填料(細粒徑炭黑為佳);提高交聯(lián)密度;降低橡膠制品的表面摩擦系數(shù)(提高表面致密度或表面處理降低摩擦系數(shù));選用附加填料類似硅烷偶聯(lián)劑或二硫化鉬等來改善膠料的磨耗。 磨耗 耐磨耗性表征硫化膠抵抗摩擦力作用下因表面破壞而使材料損耗的能力:橡膠的磨耗主要以下三種形式:硫化膠的耐磨耗性與拉伸強度、定伸應(yīng)力、撕裂強度、疲勞性能以及粘彈性能有關(guān);定伸應(yīng)力對不同類型的磨耗有不同的影響:定伸應(yīng)力高時,摩擦表面上的凸它壓入橡膠深度小,抗變形能力強,摩擦系數(shù)小,而且橡膠表面剛性大,不易打皺而引起卷曲,對磨損磨耗和卷曲磨耗有利。順丁橡膠>溶聚丁苯橡膠>乳聚丁苯橡膠>天然橡膠>異戊橡膠順丁橡膠硫化膠的耐磨耗性隨順式鏈節(jié)(1,4結(jié)構(gòu))含量的增加而提高;丁苯橡膠彈性,拉伸強度、撕裂強度都不如天然橡膠,但卻優(yōu)于天然橡膠,丁苯橡膠耐磨耗性隨分子量的增加而提高.;丁晴橡膠硫化膠的耐磨耗性比異戊橡膠好,其耐磨性隨丙烯晴含量增加而提高,羧基丁晴膠耐磨耗性好;乙丙橡膠硫化膠的耐磨耗性,和丁苯橡膠相當(dāng),隨生膠門尼粘度的提高,其耐磨耗性也隨之提高;丁基橡膠硫化膠的耐磨耗性,在20度時和異戊橡膠相近;但當(dāng)溫度升至100度時,耐磨耗性急劇降低.丁基橡膠采用高溫混煉時,硫化膠的耐磨耗性顯著提高;以氯磺化聚乙烯為基礎(chǔ)的硫化膠,具有較高的耐磨耗性,高溫下的耐磨耗也好;丙烯酸酯橡膠為基礎(chǔ)的硫化膠,比丁晴橡膠硫化膠稍微差一點;聚氨酯橡膠是所有橡膠中在常溫下耐磨耗性最好的一種,在高溫下耐磨耗性急劇下降。硫化膠的耐磨耗性隨硫化劑用量增大有一個最大值,耐磨耗性達到最佳狀態(tài)時的最佳硫化程度,隨碳黑用量增大及結(jié)構(gòu)性提高而降低。以DTDM+硫磺(低于1.0份)+促進劑NOBS體系硫化膠耐磨耗性和其他力學(xué)性能比較好;以硫磺+CZ(主促進劑)+TMTD+DM+D(副促進劑)硫化天然膠時,硫磺用量1.8-2.5份;通常硫化膠的耐磨耗性隨碳黑粒徑減小,表面活性和分散性的增加而提高;在EPDM 膠料中添加50質(zhì)量份的SAF 和ISAF碳黑的硫化膠,其耐磨耗性比填充等量FEF碳黑的耐磨性提高一倍;各種橡膠的最佳填充量:BR》充油SBR》不充油SBR》IR》NR用硅烷偶聯(lián)劑處理的白碳黑也可以提高硫化膠的耐磨耗性。充油丁苯橡膠(SBR-1712)的硫化膠耐磨耗性比SBR-1500高1-2倍;總的來說,在天然橡膠中和丁苯橡膠中采用芳徑油,對耐磨耗的損失較小。在疲勞磨耗的條件下,膠料中添加防老劑可以提高硫化膠的耐磨耗性;防老劑最好選用能防止疲勞老化的品種,具有優(yōu)異的防臭老化的對苯二胺類防老劑,尤其是1019NA,效果突出。防老劑H,DPPD也有防止疲勞老化的效果,但因為噴霜限制其使用。防老劑D對NR也有防止疲勞老化的效果,但對SBR無效,在SBR中,防老劑IPPO對其疲勞老化有防護效果;除N010NA 外,UOP588(6PPD),DTPD,DPPD/H等也均有一定的防止疲勞老化的效果。橡膠的磨耗是個比較復(fù)雜的力學(xué)過程,影響因素也很多。橡膠的磨耗有如下三種形式:一是磨損磨耗:橡膠以較高的摩擦系數(shù)與粗糙表面相接觸時,摩擦表面上的尖銳粒子不斷的切割、扯斷橡膠表面層的結(jié)果。二是卷曲磨耗:橡膠與光滑的表面接觸時,由于摩擦力的作用使橡膠撕裂,撕裂的橡膠小片成卷的脫落。三是疲勞磨耗:橡膠表面層在周期應(yīng)力作用下產(chǎn)生的表面疲勞而帶來的磨損。 橡膠的耐磨性從本質(zhì)上說取決于它的強度、彈性、滯后性質(zhì)、疲勞性和摩擦性等。拉伸強度是決定橡膠耐磨性的重要性能之一。通常,耐磨性隨拉伸強度提高而增強,特別是在粗糙的橡膠表面上摩擦?xí)r,耐磨性主要取決于強度值。定伸應(yīng)力對耐磨性的影響視不同的磨耗形式而異,就磨損磨耗和卷曲磨耗而言,提高定伸應(yīng)力對耐磨性的影響有利,但對疲勞磨耗則有不利影響。同時,增加橡膠的彈性也會使耐磨耗性提高。Tg低的橡膠的耐磨性好,橡膠的耐磨性隨其Tg的降低而提高,如BR。當(dāng)生膠分子結(jié)構(gòu)中有共軛體系存在時,可使橡膠的耐磨性提高,如SBR。PU由于其主鏈有較強的極性,并含有較多的苯環(huán),因此在常溫下,它的機械強度和耐磨性在所有的橡膠中是最好的。但是它的耐熱性能差,在提高溫度時它的耐磨性將急劇下降并且它的生熱大,對制造高速制品不利。CR和NR的機械強度高,也有較好的耐磨性。填充補強劑的品種、用量和分散程度對橡膠的耐磨性都有很大的影響。耐磨性與結(jié)合膠的含量有直接關(guān)系,凡是能夠使結(jié)合膠增加的因素,均對耐磨性有利。所以,硫化膠的耐磨耗性隨炭黑粒徑減小、表面活性和分散性的增加而提高,而且有一合適的用量。炭黑的分散性對膠料的磨耗性影響最大。在苛刻的條件下,炭黑的結(jié)構(gòu)性影響顯著。偶聯(lián)劑處理過的填料有利于提高耐磨性。耐磨耗性好的硫化膠,一般硫化膠的拉伸強度和撕裂強度均較好。適量加入有自潤滑作用的填料,如云母、聚四氟乙烯粉末,也有利于提高硫化膠的耐磨耗性能。隨交聯(lián)密度的增加,耐磨性有一個最佳值。輪胎實際使用實驗證明,使硫化膠含較多單硫鍵可提高輪胎在光滑路面上的耐磨性。使用合適的防老劑可以提高耐磨性,特別是在疲勞磨耗的條件下尤為重要。較有效的防老劑有4010、4010NA、4020等。橡膠已被大量用于汽車輪胎、膠帶、膠輥、密封件、膠鞋等制品受摩擦和磨耗的部位。橡膠的摩擦和磨耗確保了汽車和機械等設(shè)備的性能,而且與安全性、經(jīng)濟性等問題有著密切關(guān)系。產(chǎn)生摩擦的地方必然伴隨著磨耗,而該現(xiàn)象一般比較復(fù)雜,受多種因素支配。因此,關(guān)于摩擦還有許多方面沒有統(tǒng)一的解釋。但人們對摩擦學(xué)(有關(guān)摩擦、磨耗、潤滑的學(xué)問)和摩擦磨耗體系的理解在不斷加深。橡膠的摩擦系數(shù)一般比金屬大,通過填充炭黑提高其強度和彈性模量,因此,其耐磨耗性也得到提高。此外,橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬材料小,表現(xiàn)出粘彈性性能,因此,當(dāng)溫度稍有變化時其機械性能就會顯著改變。再者,與金屬相比,橡膠容易產(chǎn)生老化現(xiàn)象。對摩擦系數(shù)出現(xiàn)峰值的問題有幾種解釋,其中最簡單的解釋就是接觸面積A和剪切強度S隨滑動速度v而變化,摩擦力F取決于A和S的乘積(見圖),并由此出現(xiàn)摩擦系數(shù)峰值。橡膠的磨耗形態(tài) 橡膠的磨耗形態(tài)可分為以下幾種類型:(1)磨蝕磨耗(abrasive wear):硬而尖的突起部刮擦橡膠表面產(chǎn)生的磨耗。(2)附著磨耗(adhesive wear):橡膠表面與平滑面摩擦產(chǎn)生的磨耗。(3)疲勞磨耗(fatigue wear):由橡膠表面疲勞引起的磨耗。(4)卷曲磨耗(wear by rollformation):產(chǎn)生卷曲狀磨耗粉的磨耗。(5)油污磨耗(oily wear):摩擦面被由摩擦產(chǎn)生的低分子量橡膠所覆蓋,與相對的另一面發(fā)生相互移動的磨耗,表現(xiàn)出低磨耗率的磨耗。(6)圖紋磨耗(pattern wear):橡膠表面一邊生成磨損圖紋,一邊進行磨耗的一種磨耗形態(tài)。橡膠在磨蝕磨耗和疲勞磨耗中也產(chǎn)生這種磨耗。磨耗形態(tài)大致就分為以上六種,對橡膠來說,在磨蝕磨耗(1)中往往會產(chǎn)生上述(4)以及(6),幾種磨耗復(fù)合的情況。
|