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橡膠的磨耗

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橡膠的磨耗

發布日期:2020-12-23 作者: 點擊:

   橡膠的磨耗是個比較複雜的力學過程,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:橡膠以較高的摩擦係數與粗糙表麵相接觸時,摩擦表麵上的尖銳粒子不斷的切割、扯斷橡膠表麵層的結果。二是卷曲磨耗:橡膠與光滑的表麵接觸時,由於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:橡膠表麵層在周期應力作用下產生的表麵疲勞而帶來的磨損。 


    橡膠的耐磨性從本質上說取決於它的強度、彈性、滯後性質、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麵上摩擦時,耐磨性主要取決於強度值。定伸應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。當生膠分子結構中有共軛體係存在時,可使橡膠的耐磨性提高,如SBR。


    PU由於其主鏈有較強的極性,並含有較多的苯環,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並且它的生熱大,對製造高速製品不利。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。耐磨性與結合膠的含量有直接關係,凡是能夠使結合膠增加的因素,均對耐磨性有利。所以,硫化膠的耐磨耗性隨炭黑粒徑減小、表麵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,炭黑的結構性影響顯著。偶聯劑處理過的填料有利於提高耐磨性。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,如雲母、聚四氟乙烯粉末,也有利於提高硫化膠的耐磨耗性能。


    隨交聯密度的增加,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麵上的耐磨性。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。


橡膠的摩擦與磨耗


橡膠已被大量用於汽車輪胎、膠帶、膠輥、密封件、膠鞋等製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備的性能,而且與安全性、經濟性等問題有著密切關係。


產生摩擦的地方必然伴隨著磨耗,而該現象一般比較複雜,受多種因素支配。因此,關於摩擦還有許多方麵沒有統一的解釋。但人們對摩擦學(有關摩擦、磨耗、潤滑的學問)和摩擦磨耗體係的理解在不斷加深。


橡膠的摩擦係數一般比金屬大,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,橡膠的導熱係數比金屬材料小,表現出粘彈性性能,因此,當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,橡膠容易產生老化現象。


對摩擦係數出現峰值的問題有幾種解釋,其中最簡單的解釋就是接觸麵積A和剪切強度S隨滑動速度v而變化,摩擦力F取決於A和S的乘積(見圖),並由此出現摩擦係數峰值。


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橡膠的磨耗形態橡膠的磨耗形態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麵產生的磨耗。


(2)附著磨耗(adhesive wear):橡膠表麵與平滑麵摩擦產生的磨耗。


(3)疲勞磨耗(fatigue wear):由橡膠表麵疲勞引起的磨耗。


(4)卷曲磨耗(wear by rollformation):產生卷曲狀磨耗粉的磨耗。


(5)油汙磨耗(oily wear):摩擦麵被由摩擦產生的低分子量橡膠所覆蓋,與相對的另一麵發生相互移動的磨耗,表現出低磨耗率的磨耗。


(6)圖紋磨耗(pattern wear):橡膠表麵一邊生成磨損圖紋,一邊進行磨耗的一種磨耗形態。橡膠在磨蝕磨耗和疲勞磨耗中也產生這種磨耗。


磨耗形態大致就分為以上六種,對橡膠來說,在磨蝕磨耗(1)中往往會產生上述(4)以及(6),幾種磨耗複合的情況。

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