
耐磨耗性表征硫化胶抵抗摩擦力作用下因表面磨损而使材料损耗的能力。它是个与橡胶制品使用寿命密切相关的力学性能,它不仅与使用条件、摩擦副的表面状态以及制品的结构有关,而且与硫化胶的其他力学性能和黏弹性能等物理-化学性质等有关,其影响因素很多。

1.胶种的影响
在通用的二烯类橡胶中,耐磨耗性按下列顺序递减:BR>溶聚SBR>乳聚SBR>NR>IR。
BR耐磨耗性好的主要原因是它的玻璃化温度(Tg)较低(-95~105℃),分子链柔顺性好,弹性高。顺丁橡胶硫化胶的耐磨耗性随顺式链节(1,4结构)含量的增加而提高。
SBR的耐磨耗性随分子量增加而提高。丁苯橡胶弹性,拉伸强度,撕裂强度都不如天然橡胶,但磨耗却优于天然橡胶。
NBR硫化胶的耐磨耗性随丙烯腈含量增加而提高,XNBR的耐磨耗性比NBR好。丁腈橡胶硫化胶的耐磨耗性比异戊橡胶好。
聚氨酯(PU)是所有橡胶中耐磨耗性最好的一种橡胶,在常温下具有优异的耐磨性,但在高温下它的耐磨性会急剧下降。
乙丙橡胶随生胶门尼粘度的提高,其耐磨耗性也随之提高。乙丙橡胶硫化胶的耐磨耗性,和丁苯橡胶相当。
丁基橡胶硫化胶的耐磨耗性,在20度时和异戊橡胶相近;但当温度升至100度时,耐磨耗性急剧降低。丁基橡胶采用高温混炼时,硫化胶的耐磨耗性显著提高。
以氯磺化聚乙烯为基础的硫化胶,具有较高的耐磨耗性,高温下的耐磨耗也好。
丙烯酸酯橡胶为基础的硫化胶,比丁晴橡胶硫化胶稍微差一点。
聚氨酯橡胶是所有橡胶中在常温下耐磨耗性最好的一种,在高温下耐磨耗性急剧下降。
胶种: 磨耗量/MG
PUR 0.5-3.5
NBR 44
CR: 280
NR 146
SBR 177
IIR 205
2.硫化体系的影响
硫化胶的耐磨耗性随交联密度增加有一个最佳值,该最佳值不仅取决于硫化体系而且和炭黑的用量及结构有关。在提高炭黑的用量和结构度时,由炭黑所提供的刚度就会增加,若要保持硫化胶刚度的最佳值,就必须降低由硫化体系所提供的刚性部分,即适当地降低交联密度,反之则应提高硫化胶的交联密度。
一般硫磺+促进剂CZ体系的耐磨耗性比较好。以DTDM+硫磺(低于1.0份)+促进剂NOBS体系硫化胶耐磨耗性和其他力学性能比较好。以硫磺+CZ(主促进剂)+TMTD+DM+D(副促进剂)硫化天然胶时,硫磺用量1.8-2.5份。以顺丁胶为主的胶料,硫磺用量为1.5-1.8份.
3.填充体系的影响
通常硫化胶的耐磨耗性随炭黑粒径减小,随表面活性和分散性的增加而提高。填充新工艺炭黑和用硅烷偶联剂处理的白炭黑均可提高硫化胶的耐磨耗性。
在EPDM 胶料中添加50质量份的SAF 和ISAF碳黑的硫化胶,其耐磨耗性比填充等量FEF碳黑的耐磨性提高一倍。
各种橡胶的最佳填充量:BR》充油SBR》不充油SBR》IR》NR
4.增塑体系的影响
一般说来,胶料中加入软化剂都会使耐磨耗性降低。是NR和SBR中采用芳烃油时,耐磨耗性损失较其他油类小一些。充油丁苯橡胶(SBR-1712)的硫化胶耐磨耗性比SBR-1500高1-2倍。总的来说,在天然橡胶中和丁苯橡胶中采用芳径油,对耐磨耗的损失较小。
5.防护体系的影响
在疲劳磨耗的条件下,添加适当的防老剂可有效地提高硫化胶的耐磨耗性。防老剂最好选用能防止疲劳老化的品种,具有优异的防臭老化的对苯二胺类防老剂,尤其是4010NA效果突出,除4010NA外,6PPD、DTPD、DPPD/H等均有一定的防止疲劳老化的效果。防老剂H,DPPD也有防止疲劳老化的效果,但因为喷霜限制其使用。 防老剂D对NR也有防止疲劳老化的效果。但对SBR无效。在SBR中,防老剂IPPO对其疲劳老化有防护效果。除N010NA 外,UOP588(6PPD),DTPD,DPPD/H等也均有一定的防止疲劳老化的效果。
6.提高硫化胶耐磨耗性的其他方法
(1)炭黑改性剂添加少量含硝基化合物的炭黑改性剂或其他分散剂,可改善炭黑的分散度,提高硫化胶的耐磨耗性。
(2)硫化胶表面处理使用含卤素化合物的溶液或气体,例如液态五氟化锑、气态五氟化锑,对NBR等硫化胶表面进行处理,可降低硫化胶表面的摩擦系数,提高耐磨耗性。
(3)应用硅烷偶联剂改性填料例如使用硅烷偶联剂A-189处理的白炭黑,填充于NBR胶料中,其硫化胶的耐磨耗性明显提高,用硅烷偶联剂Si-69处理的白炭黑填充的EPDM硫化胶,其耐磨耗性也能明显提高。
(4)橡塑共混橡塑共混是提高硫化胶耐磨耗性的有效途径之一。例如NBR/PVC、NBR/三元尼龙等均可提高硫化胶的耐磨耗性。
(5)添加固体润滑剂和减磨性材料例如在NBR胶料中添加石墨、二硫化钼、氮化硅、碳纤维等,可使硫化胶的磨擦系数降低,耐磨耗性提高。
耐磨性的形式有:
A、磨损磨耗:
在摩擦时表面上不平的尖锐的粗糙物不断地切割、乱擦。致使橡胶表面接触点被切割、扯断成微小的颗粒,从橡胶表面脱落下来、形成磨耗。磨耗强度与压力成正比与拉伸强度成反比。随着回弹性提高而下降。
B、疲劳磨耗:
与摩擦面相接触的硫化胶表面,在反复的过程中受周期性的压缩、剪切、拉伸等变形作用,使橡胶表面产生疲劳,并逐渐在其中产生微裂纹。这些裂纹的发展造成材料表面的微观剥落。疲劳磨耗随着橡胶的弹性模量、压力提高而增加,随着拉伸强度的降低而和疲劳性能变差而加大。
C:巻曲磨耗:
橡胶与光滑的表面接触时,由于磨擦力的作用,使硫化胶表面不平的地方发生变形,并被撕裂破坏,成巻的脱落表面。
耐磨性能和硫化胶的主要力学性能有关。在设计配方时要设法平衡各种性能之间的关系。耐磨性与胶种之间关系最大,一般来讲PU>BR>SSBR>SBR(EPDM)>NR>IR(IIR)>CR。
耐磨性与硫化体系有关,适量地提高交联徎度能提高耐磨性能。单硫键越多耐磨性越好,这就是半有效硫化体系的耐磨性最好的道理。用CZ做第一促进剂的耐磨性能要比其它促进剂好,最佳的补强剂用量会提高一定的耐磨性能。合理地使用软化剂会能最小地降低耐磨性。如天然胶、丁苯胶用芳烃油。有效地使用防老剂,可防止疲劳老化。
耐磨耗性表征硫化胶抵抗摩擦力作用下因表面破坏而使材料损耗的能力。
橡胶的磨耗主要以下三种形式:
1.磨损磨耗 ;2.疲劳磨耗 ;3.卷曲磨耗 。
硫化胶的耐磨耗性与拉伸强度,定伸应力,撕裂强度,疲劳性能以及粘弹性能有关。
定伸应力对不同类型的磨耗有不同的影响。定伸应力高时,摩擦表面上的凸它压入橡胶深度小,抗变形能力强,摩擦系数小,而且橡胶表面刚性大,不易打皱而引起卷曲,对磨损磨耗和卷曲磨耗有利。提高硫化胶的弹性,耐磨耗性也会随之提高。