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橡胶摩擦磨损特性

发布时间:2019-11-17 22:02:00 点击:    编辑:澳门棋牌娱乐游戏平台

 1、橡胶的磨损特点

泰州科德橡胶机械-开炼机澳门游戏平台注册网站捏炼机厂家2019年11月17日讯  金属和塑料磨损表面的特征是磨痕与摩擦方向平行 ,而橡胶磨损表面的磨痕却垂直于摩擦方向 ,并且 ,磨 痕在橡胶表面形成山脊状突起 ,突起之间间距相等 ,高度相同 ,形成所谓的磨损斑纹 。
     磨损斑纹的形成和相关磨损过程的研究 ,最初是通过针模型和刀片模型来实现的 。在通过针或刀片施加的法向力和切向力的重复作用下 ,橡胶磨损表现为表面周期性撕裂导致舌状物生成和拉伸应力导致舌状物根部断裂两个过程 ,从而使橡胶表面逐渐磨损并形成顶部尖锐的山脊状磨损斑纹 。
     早期的研究人员认为磨损斑纹的形成只是起因于一种简单机械作用的裂纹生长过程。但是 , Fukahori 和 Yamazaki的研究 表明 ,粘滑振动和微振是产生周期性磨损斑纹的驱动力。微振使微观斑纹萌生 ,而粘滑振动使斑纹间距扩展 ,初始阶段的斑纹间距等于平均滑动速度与橡胶固有频率之比 ,而最终斑纹间距等于平均滑动速度与粘滑运动频率之比 。并且粘滑振动和微振所形成磨屑的尺寸不同 : 微振产生10 μm 量级的磨屑 ,而粘 滑振动产生几百 μm的磨屑 。
     当侵蚀磨损发生时 ,对于非填充的弹性体 ,30°冲击角的抗侵蚀性能最大 ,是法向冲击下的10倍 ,此时可在高回弹性橡胶表面观察到垂直于冲蚀方向的山脊状突纹 。不同橡胶的侵蚀率差别很大 ,这种差别与橡胶的回弹性密切相关 ,回弹性越 高 ,抗磨粒 侵蚀性越 好。Arnold等认为 ,低冲击角下的侵蚀磨损机理与磨粒磨损非常相似 ,在侵蚀的初始阶段 ,也会在磨损表面形成一系列与冲击方向垂直的磨损斑纹。高冲击角下粒子冲击所引起的表面张应力导致摩擦力增大 ,促使表面裂纹不断扩展 、相交 ,加速材料的移去 。

    橡胶在侵蚀磨损过程中 ,因机械作用产生的表面力化学效应 ,主要有以下四种 : 分子链断裂、氧化降解 、水解 、热降解 。何仁洋用 X射线光电子能谱 ( X PS)和傅立叶表面红外分析( FT- lR)方法 ,对 橡胶磨粒侵蚀过程中的表面力化学效应进行了详细的研究 ,认为天然橡胶( N R)在含石英砂的清水 、聚丙烯酰胺溶液 、氢氧化钠溶液中的表面力化学效应为分子链断裂和氧化降解 ; 丁腈橡胶 (N BR)主要是分子链断裂、氧化降解和水解 ; 氟橡胶 ( FPM )在清水 、聚丙烯酰胺溶液中为分子链断裂 ,在氢氧化钠溶液中为氧化 降解 ;聚氨酯 ( PU )则 4种作 用共存。

2、影响橡胶摩擦磨损性能的因素

2. 1 橡胶的物理力学性能

   由于高弹性 、低模量的特点 ,橡胶的摩擦磨损性能受自身物理力学性能的影响较大 。橡胶的硬度较小 ,与刚性物体接触时 ,真实接触面积较大 ,而真实接触面积的大小是决定摩擦的重要因素 ,因此 ,橡胶的硬度对其摩擦性能的影响较大 。橡胶的粘弹性参数 tan W对摩擦力有直接的影响 ,而橡胶交联度的降低 ,使 tan W增 大 ,因此摩 擦力增 大 ,摩 擦系 数和 磨损也 随之 增大 。从物理化学的角度来看 ,交联越弱 ,磨损率越高 ,是由于较低程度的交联易被机械应力破坏的缘故 。研究发现,电子束辐照导致乙丙三元橡胶的交联度增加 ,使得摩擦降低 。橡胶表面自由能的高低决定了橡胶与对偶间相互作用力的大小 ,进而对橡胶的粘着摩擦产生影响 。一般而言 ,摩擦系数随表面自由能的增加而增大。

2. 2 橡胶的改性

    对橡胶进行填充改性时 ,在改变橡胶的物理力学性能的同时 ,也改变了橡胶的摩擦学性能。

    研究单轴定向聚酰胺纤维增强的氯丁橡胶( SFRR)和芳纶短纤 维增强的 天然橡胶时 ,发现材料的摩擦学行为与滑动方向密切相关 ,沿垂直于纤维取向方 向摩擦时 ,磨损 率最低 ,沿纤维取向摩擦时 ,磨损最大 。

    在抗油性的丁腈橡胶 、 氯磺化聚乙烯橡胶 、氟橡胶中 ,加入润滑剂 (如有机硅油 、 Mo S2 等 )后 ,发现 Mo S2可在橡胶表面形成一润滑层 ,能降低表面能和滞后效应 ,进而使摩擦系数显著降低。利用自身离子辅助离子镀 ,在橡胶表面沉积一层铜 、钛、钨、锆等金属 ,能有效降低橡胶与对偶间的真实接触面积 ,显著降低摩擦力 。氯化也可降低橡胶的摩擦系数及其对滑动速度和温度的依赖性。

2. 3 环境温度

   橡胶的摩擦与粘弹性参数 tan W和弹性模量有直接关系 ,弹性模量随温度的升高而降低 , tan W则随温度的升高先上升后下降(极值点温 度低于 0 ℃ ) ,因此 ,摩擦系数随温度的升高先上升后下降 ,极值点与 ta n W的极值点和弹性模量随温度升高而降低的速率有关。

   随温度的升高 ,橡胶的弹性模量下降 ,磨损斑纹间距增大 。高温条件下 ,由于橡胶老化严重 ,撕裂强度降低 ,使得磨损率显著增加 ,并且磨损率呈周期性大范围变化 [ 26]。

2. 4 润滑介质

润滑剂的存在可阻止橡胶与对偶面的直接接触 ,粘着摩擦明显降低 ,橡胶磨粒磨损的斑纹间距减小 ,磨损率也显著降低 。但在选用润滑剂时 ,必须考虑它对橡胶的溶胀作用 ,以及高温油润滑所导致的橡胶的化学降解或热降解 ,否则可能会加剧磨损 。

    在水 (或水溶液 )润滑条件下 ,随对偶的不同 ,水对橡胶和对偶的摩擦磨损性能的影响也不同 。

    当对偶为惰性物质 (如玻璃 )时 ,水层可以起到非常好的润滑作用 ,摩擦系数随润滑膜膜厚的增加而降低 当对偶较活泼时 (如钢 ) ,橡胶几乎无磨损 ,而对偶的磨损则比干摩擦时大得多。

2. 5 溶胀作用
     橡胶对有机溶剂及润滑剂的溶胀作用比较敏感 。一般情况下 ,溶胀会破坏橡胶的交联体系 ,引起 橡胶的硬度 、 撕裂强度等 力学性能降低 ,导致磨损的增大 。Thavamani等用扫描电子显微镜 (SEM) 研究了硫化天然橡胶 、丁苯橡胶 、氢化丁腈橡胶在不同条件下的磨损机理 ,发现当法向载荷较小时 ,无典型的磨损斑纹出现 ,但橡胶在甲苯或二甲基甲酰胺中溶胀后 ,在其磨损表面可以观察到明显的磨损斑纹 。这是因为橡胶溶胀后 ,其抗撕裂性能大大下降 ,弹性模量明显降低 ,因而与溶胀前相比 ,磨损斑纹间距变大 。

      对于一些有活泼官能团的橡胶 (如 NBR、HN BR) ,可利用其化学活性较高的特点 ,使之与某种溶剂反应 ,在橡胶表面形成一层化学反应膜来改善橡胶的摩擦学性能 。

     Bielinski 利用碘溶液的溶 胀作用对丁腈橡胶进行了改性 ,改性后的 NBR 和 HN BR的摩擦系数明显降低 。

     X PS分析表明碘与橡胶表面的氰基结合形成一层薄而硬的改性层 ,此改性层具有降低摩擦的作用 。然而 ,过度溶胀会使橡胶形成较厚改性层 ,因其与弹性本体的结合性较差 ,反而会导致摩擦增大 ,加剧磨损 。

2. 6 其它因素
    速度 、载荷等因素都会对橡胶的摩擦磨损产生影响。

一般而言 ,橡胶的摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小 ,过大的载荷和滑动速度都会引起试样生热和表面的破坏 。

3、结束语
        本文综述了橡胶的摩擦磨损特性及其影响因素 。

应当指出 ,在橡胶的实际应用中 ,往往经受多个因素的同时或交替作用 ,而各因素之间又可能是相互影响 、相互制约 、相互转化的 ,这就更增加了研究工作的难度 。

    橡胶作为一种极其重要的工程材料 ,必须对其进行更加深入 、系统的研究 。今后 ,对橡胶摩擦学的研究 ,应着重在以下几个方面 :

(1)深入研究橡胶减摩 、降磨的作用机理 。

( 2)研究橡胶与对偶间摩擦物理及摩擦化学效应 ,以及两种效应之间的关系 。

(3)开展橡胶磨损图的研究 ,确定橡胶材料在各种实际工况中的摩擦磨损机制 。

(4)合成具有良好摩擦学性能的新型橡胶 ,探讨常用橡胶的摩擦学改性方法 。


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