耐磨橡胶板配方的研究

lilianying

受洛阳机车厂的委托，开发TSJ-I型高效混粘土喷射机上的附件――橡胶摩擦板。喷射机工作时，由于橡胶板与钢板在风压(0.3MPa)的作用下做相对旋转运动(滑动)，故要求橡胶板在耐磨性及强度等方面需满足如下技术要求：拉伸强度≥20MPa，阿克隆磨耗≤0.03cm3/1.61 km，压缩永久变形(100℃×22 h，压缩30%)≤40%，扯断伸长率≥300%，邵A硬度75-80。橡胶摩擦板使用寿命应保证混粘土喷射机喷射混粘土400m3以上。
  1 实验部分
  1.1 原材料
NR：SCR5，云南农垦供销公司；BR 9001：燕山牌，燕山石化公司合成橡胶厂；HAF：天津海豚炭黑厂；二硫化钼：石家庄市试剂厂；其他助剂均为市售工业品。
  1.2 仪器及设备
  冷辊开炼机：S(X)K-160A型，广东湛江橡塑机械制造厂；25t平板硫化机：上海橡胶机械制造厂；电子拉力实验机：DXLL10000型，上海化工装备有限公司；XY-1橡胶硬度计：上海化工机械四厂；阿克隆磨耗实验机：MH-74型，长沙仪表机床厂。
  1.3 性能测试
  (1)力学性能：拉伸强度、撕裂强度、邵尔A型硬度测试分别按相应国家标准(GB/T 528-1998，GB/T 529-1999，GB/T 531-1999)测定。
  (2)阿克隆磨耗按GB/T1689-1998测定
  (3)静态压缩永久变形按GB/T1683-81测定，测试条件为100℃×22 h，压缩30%。
  2 结果与讨论
  2.1 NR/BR并用比对耐磨等性能的影响
  NBR由于腈基的存在具有较好的耐磨性，但它在动态应力下生热大，热会加速其老化而降低使用寿命。洛阳机车厂的该磨擦板原有配方就是采用NBR，虽然阿克隆磨耗小(0.03 cm3/1.61km)，但使用寿命短(机器喷不到350m3混粘土就得更换橡胶板)。所以在新配方中选用了顺丁胶。由于BR的大分子链柔顺、生热小、耐疲劳性优，而且其与炭黑结合结构具有高的热机械稳定性，从而耐磨性高。但顺丁胶的拉伸强度、撕裂强度低，加工性不好，适当并用天然胶可克服上述缺点。表1中列出了天然胶与顺丁胶不同并用比对性能的影响。可以看出，随天然胶用量增大，胶料的扯断强度和伸长率变大，磨耗性降低；综合考虑，并用比取50/50为宜。
  表1 NR/BR并用比对性能的影响1)
性能指标    NR/BR
   0/100    70/30    50/50    30/70
硬度(邵A)    74    75    74    74
100%定伸应力/MPa    4.5    4.1    4.0    4.2
200%定伸应力/MPa    -    11.5    9.7    10.7
300%定伸应力/MPa    -    -    16.1    17.4
扯断强度/MPa    12.3    17.4    19.1    21.0
扯断伸长率/%    209    297    355    377
压缩水久变形(100℃×22 h)/%    26.1    29.0    32.9    34.4
阿克隆磨耗/[cm3?(1.61 km)-1]    0.0022    0.0122    0.0355    0.0724
  1)基础配方：BR/NR 100(并用比变量)，S 1.0，TT O.5，CZ1.5，防RD 1，SA 1.0，ZnO 5，HAF 60。
  2.2 硫化体系的选择
  普通硫化体系、半有效硫化体系和有效硫化体系对硫化胶性能的影响如表2所示。S/TT/CZ为1.0/0.5/1.5时，硫化胶的综合性能较好：压缩永久变形和耐磨性较好，强度也较大。
  表2 硫化体系对硫化胶性能的影响1)
性能指标    S/TT
   0.5/1.5    0.8/0.6    1.0/0.5    1.5/0.2
硬度(邵A)    74    73    74    75
100%定伸应力/MPa    5.1    4.1    4.0    5.1
300%定伸应力/MPa    15.3    15.7    16.1    17.4

扯断强度/MPa    16.3    20.0    19.1    19.6
扯断伸长率/%    312    386    355    335
压缩永久变形(100℃×22 h)/%    19.0    29.3    32.94    42.2
阿克隆磨耗/[cm3?(1.61 km)-1]    0.0447    0.0487    0.0355    0.0357
  1)基础配方：BR/NR 50/50，S/TT变量，CZ 1.5，防RD 1，SA1.0，ZnO 5，HAF 60。
  2.3 炭黑用量对胶料性能的影响
  采用增加炭黑用量的办法可以提高胶料的硬度及耐磨性。表3列出了胶料性能随炭黑用量增加的变化情况。炭黑用量增大，扯断强度在65份时有个峰值；扯断伸长率减小；压缩永久变形、耐磨性及硬度增大。炭黑用量在65份时胶料性能满足技术条件要求，故炭黑用量定为65份。
  表3 炭黑用量对性能的影响1)
性能指标    炭黑用量/份
   60    65    70    80
硬度(邵A)    74    77    81    85
100%定伸应力/MPa    4.0    4.9    6.3    11.2
300%定伸应力/MPa    16.1    17.8    -    -
扯断强度/MPa    19.1    21.2    19.5    16.5
扯断伸长率/%    355    328    287    223
压缩永久变形(100℃×24 h)/%    32.9    35.0    38.9    40.4
阿克隆磨耗/[cm3?(1.61 km)-1]    0.0355    0.0286    0.0234    0.0086
  1)基础配方：BR/NR 50/50，S 1.0，TT 0.5，CZ 1.5，防RD 1，SA 1.0，ZnO 5，HAF变量。
  2.4 减磨剂的用量对胶料性能的影响
  减磨剂二硫化钼对胶料磨耗性能的影响如表4所示。由表4可见，随减磨剂二硫化钼的加入量增大，阿克隆磨耗并没有减小反而增大了。分析认为，可能减磨剂与NR和BR的相容性不好，界面结合不牢固，在粗糙的磨轮表面摩擦时易被磨下，所以该体系中加入二硫化钼不能改善胶料的耐磨性。
  表4 二硫化钼用量对胶料性能的影响1)
性能指标    二硫化钼用量(份)
   -    3    6    9
硬度(邵A)    77    77    78    78
100%定伸应力/MPa    4.9    5.1    5.3    5.6
300%定伸应力,/MPa    17.8    18.9    18.7    18.4
扯断强度/MPa    21.2    23.3    23.0    22.8
扯断伸长率/%    328    325    321    324
压缩永久变形(100℃×24 h)/%    0.0286    0.0457    0.0644    0.0881
阿克隆磨耗/[cm3?(1.61 km)-1]    35.0    38.6    39.1    39.0
  1)基础配方：BR/NR 50/50，S 1.0，TT 0.5，CZ 1.5，防RD 1，SA 1.0，ZnO 5，HAF 65
  2.5 应用试验
  洛阳机车厂多种经营开发公司用笔者提供的混炼胶制备了25块摩擦板，并装车试用。实际使用中发现该配方的摩擦板明显好于原配方胶料，喷射机喷射600m3以上才需更换橡胶摩擦板，达到设计要求。
  3 结论
  (1)NR/BR并用比在50/50时可获得综合性能较好的胶料。
  (2)二种硫化体系中S/T/CZ最佳用量为1.0/0.5/1.5。
  (3)HAF最佳用量为65份。
  (4)使用二硫化钼不能减小该体系的磨耗量。

奔车族

目前在行业界关于耐磨橡胶的相关资料真是比较少，我也没有找到更具体的标准，而在实际工业应用中耐磨橡胶很广泛，楼主给出这样的研究让我在实际工作中又找到了一些借鉴，很是感谢！