（材料加工工程专业论文）节能型输送带nrsbr复合材料的研究.pdf

摘要 摘要 本文研究低摩擦系数的高性能节能型输送带复合材料。 本文选用通用型橡胶天然橡胶( n r ) 和丁苯橡胶( s b r ) 的并用作为研究对 象。研制出的n r s b r 炭黑复合材料，所有性能均超过国家对普通钢丝绳芯输送 带覆盖胶的性能指标，与企业的混炼胶的性能相比，本研究的优选配方硫化胶在 性能上优于企业。其中与输送带节能有重要关联的性能得到了比较显著的提高， 如定伸应力、回弹性、扯断永久变形、压缩永久变形、摩擦系数、老化性能等， 达到了预期的目标。主要研究内容和取得的成果包括： 系统分析了影响输送带动力能耗的因素并提出了橡胶输送带的节能措施。关 于对输送带复合材料性能与节能的密切相关因素的系统探讨，目前国内未见有报 道，这是本文的创新点之一。 通过对国内外输送带橡胶材料的分析与评价，提出节能型输送带覆盖胶的配 方设计。研究了覆盖胶橡胶配方体系中的生胶并用比、改性剂a 、硅藻土填料、 软化剂对性能影响，以n r s b r 并用比为6 0 4 0 作为本研究的并用比。结果表明： 改性剂a 能很好的改善混炼胶的抗返原性；对硫化胶各项性能保持良好，特别能 显著提高硫化胶的撕裂强度，提高幅度达到1 倍；室温下动态力学性能测试表明， 改性剂a 可以提高硫化胶的动态弹性模量，降低t a n6 ：改性剂a 能提高硫化胶 热空气老化后的扯断伸长率、撕裂强度和耐压缩永久变形，添加o 5 p h r 左右时， 硫化胶的耐压缩永久变形最好；硫化胶加入适量的硅藻土后性能保持良好，热稳 定性有所提高，原料成本降低；软化剂的用量和种类对覆盖胶的动态力学性能有 比较显著的影响，综合考虑本研究选用芳烃油8 p h r 为最佳。 为了减少输送带在作业中带体的摩擦生热，降低硫化胶的摩擦系数，提高输 送带制品使用寿命并达到节能的要求，本文研究了固体润滑剂云母粉和滑石粉在 复合材料中的应用，结果表明；添加少量的固体润滑剂云母粉或滑石粉，能够显 著的降低硫化胶的摩擦系数，并能提高硫化胶的伸长率和硫化胶的弹性和撕裂强 度。在输送带复合材料中应用固体润滑剂达到减磨效果是本论文的另一个创新点。 本文还应用新合成的过渡金属配合物c d ( b d t c ) 2 p y 作为促进剂，研究其在 n p u s b r 中的硫化促进特性及对硫化胶性能的影响，发现硫化胶的物理机械性能 表现良好，与传统的促进剂c z 的硫化胶性能相当，在动态性能方面，降低硫化 胶的t a n 8 和滞后损失方面比传统的促进剂有较大的优势。 关键词 天然橡胶；丁苯橡胶；节能输送带：固体润滑剂；过渡金属配合物 兰塑翌三奎主堡主兰堡笙苎 a b s t r a c t h i g h p e r f o r m a n c ec o m p o u n d m a t e r i a lo fr u b b e rc o n v e y o rb e l tw i t hs a v i n g e n e r g y , l o wf r i c t i o nc o c f f i c i e n tw a ss t u d i e d i nt h i sp a p e r ，n a t u r er u b b e r ( n r ) a n ds t y r e n e b u t a d i e n er u b b e r ( s b r ) w e r e s e l e c t e da st h eb a s i cm a t e r i a lo fs a v i n ge n e r g yc o n v e y o rb e l t s a l lt h ep r o p e r t i e so f n r s b r c a r b o nb a c kc o m p o u n dm a t e r i a lb yo p t i m i z a t i o ns u r p a s st h ei n d e xo ft h e c o v e ro fs t e e lc o r dc o n v e y o rb e l t sf o rg e n e r a lu s e c o m p a r e dw i t ht h ep r o p e r t i e so f f a c t o r ym i x i n gr u b b e r ，t h er e s u l to fo u rs t u d yh a ss o m ea d v a n t a g e s o m ei m p o r t a n t p r o p e r t i e sr e l a t i n gt os a v i n ge n e r g yo fb e l t s h a db e e ni m p r o v e do b v i o u s l y ，f o r e x a m p l et h ee l o n g a t i o na tb r e a k ，r e s i l i e n c e ，s e t a f t e rb r e a k ，g o o dr e s i s t a n c et o c o m p r e s s i o ns e t ，f r i c t i o nc o e f f i c i e n t ，h o ta i ra g i n g t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n tw e r ei n c l u d e di nt h ef o l l o w i n g ： a f t e ra n a l y z i n gb yt h en u m b e r st h e s ef a c t o r se f f e c t i n go nt h ed r i v i n ge n e r g yo f c o n v e y o rb e l t ，t h ep r o j e c to fs a v i n ge n e r g yw e r ep u tf o r w a r d t h es p e c i a ls t u d ya b o u t t h ec o n s a n g u i n e o u sr e l a t i o n s h i p so ft h ec o m p o u n dm a t e r i a lp r o p e r t i e sa n dt h es a v i n g e n e r g y ，h a sn o tb e e nr e p o r t e d ，w h i c hi so n eo fi n n o v a t i o n so ft h et h e s i s t h ee f f e c to ft h ed i f f e r e n tb l e n dr a t i oo fn r s b rb l e n d s ，v u l c a n i z a t i o n g m o d i f y i n ga g e n ta ，d i a t o m i t ea n ds o f t e n i n ga g e n to nt h ev u l c a n i z e dp e r f o r m a n c ea n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r es t u d i e d t h eb l e n dr a t i on r s b r 2 4 0 6 0w a ss e l e c t e da s t h eb l e n dr a t i o ni nt h i st h e s i s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ev u l c a n i z a t i o n gm o d i f y i n g a g e n ta c a ni m p r o v em i x i n gr u b b e r sa n t i r e c o v e r ye f f e c t s ；m e a n w h i l ei tc a nk e e pt h e v u l c a n i z a t e sp r o p e r t i e sw e l l ，e s p e c i a l l yi ti m p r o v e st h ev u l c a n i z a t e st e a rs t r e n g t ht o t w i c e ，a n dr e d u c et a n6i nd y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t yt e s t i ta l s oc a ni m p r o v e e l o n g a t i o na tb r e a k ，t e a rs t r e n g t ha n dg o o dr e s i s t a n c et oc o m p r e s s i o ns e ta f t e rh o ta i r a g i n g w i t ha d d i n go f0 5 p h rv u l c a n i z a t i o n gm o d i f y i n ga g e n ta i nc o m p o u n dm a t e r i a l t h eg o o dr e s i s t a n c et oc o m p r e s s i o ns e to fv u l c a n i z a t ei sb e s t a d d i n gd i a t o m i t ei n c o m p o u n dm a t e r i a lc a na l s oi m p r o v et h e r m a ls t a b i l i t yo fv u l c a n i z a t ea n dr e d u c e m a t e r i a lc o s t t h ec o n t e n ta n dc a t e g o r yo fs o f t e n i n ga g e n th a v ea l s og r e a te f f e c to n d y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t y a c c o r d i n gt oa l la b o v e ，i nt h i ss t u d y , b e s tc h o i c ei s o 5 p h rm o d i f i e ra ，5 p h rd i a t o m i t ea n d n8 p h ra r o m a t i cs o f t e n i n ga g e n t i no r d e rt or e d u c et h eh e a tb yf r i c t i o n ，t h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n to fv u l c a n i z a t ea n d i m p r o v et h es e r v i c el i f eo ft h ec o n v e y o rb e l tu n d e rt h ew o r k i n gc o n d i t i o n ，t h e i 【 a b s t r a c t v u l c a n i z a t eo fn r s b r c a r b o nb l a c kf i l l e dw i t hs o l i dl u b r i c a n ti s i n g l a s sa n d t a l c u mp o w d e r ，w e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tas m a l lq u a n t i t yo fi s i n g l a s s o rt a l c u mp o w d e rc a nr e d u c et h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n tm a r k e d l ya n do b v i o u s l yi n c r e a s e e l o n g a t i o na tb r e a k ，t e a rs t r e n g t h a sf o rt h ei n f l u e n c eo fs o l i dl u b r i c a n to na b r a s i o n r e s i s t a n c e ，t h e r ew a sa no p t i m a lv a l u e t h ea b r a s i o nr e s i s t a n c eo fv u l c a n i z a t ei sb e s t w h e nt h ev u l c a n i z a t ei sf i l l e dw i t ha b o u t4 p h ri s i n g l a s so rt a l c u mp o w d e r t h e a p p l i c a t i o no fs o l i dl u b r i c a n ti nc o n v e y o rb e l tm a t e r i a li st h eo t h e ri n n o v a t i o n i nt h i s p a p e r ，t r a n s i t i o n m e t a l c o m p l e xc d ( b d t c ) 2 p y ( w h e r eb d t c = n ， n - d i b e n z y ld i t h i o c a r b a m a t e ，p y 2 p y r i d i n e ) a sv u l c a n i z i n ga c c e l e r a t o rw a sf i r s ts t u d i e d i nn r s b rb l e n d s t h ev u l c a n i z i n ga n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi nc a r b o nb l a c k f i l l e dn r s b rc o m p o u n d sw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w st h a tc d ( b d t c ) 2 p yh a v e e f f i c i e n tv u l c a n i z i n gp r o p e r t i e sa n dc a ng i v en r s b rg o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s c o m p a r e dw i t ha c c e l e r a t o r sc z ，t h ev u l c a n i z a t ew i t ht r a n s i t i o nm e t a lc o m p l e x c d ( b d t c ) 2 p yh a sl o w e rt a n 8i nt h ed y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s k e y w o r d s ：n r ；s b r ；s a v i n ge n e r g yc o n v e y o rb e l t ；s o l i dl u b r i c a n t ；t r a n s i t i o nm e t a l c o m p l e x i l l 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：判毙锋 1 日期：知时年月f ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期：埘年乡月r 日 日期：z 。巧_ 年石月f 多日 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 胶带( 包括输送带和传动带) ，是橡胶工业中的骨干产品之一，它在国民经济 中起到重要的作用。它既能输送粉状、粒状、块状和成件的物品，也能输送各种 浆、液体等。随着工业经济的快速发展，输送带广泛应用于煤炭、采矿、冶金、 化工、码头、港口、建筑、交通等部门的大规模、连续化运输，此外，在食品等 轻工行业也广泛应用。 输送带之所以发展迅速，是由于它使运输生产连续化、高效率，同其他运输 工具相比，具有操作安全、使用方便、节省人力和动力、无污染和无人为交通事 故等优点，较汽车和铁路运输，更能增大坡度、缩短输送距离，降低工程造价等。 在国外，则被视作一种现代化的既经济又有发展前途的运输工具，在一定范围内， 成为汽车、铁路运输的竞争对手【l l 。 随着现代化科学技术的发展，特别是高新技术的发展以及各种产业对机械化、 自动化水平的提高，对输送带工业的发展提出了更高的要求。长距离、大宽度、 大载量、连续法条件场合输送物料不断扩大，输送带工作条件变得越来越苛刻， 运输动力能耗也不断增大。据报道，长距离输送带每年所消耗能量的成本可高达 几百万欧元1 2 j 。为降低这一项可观的成本，世界各国都在努力探索降低输送带动 力能耗，为此做了大量的研究开发工作。例如，早在上个世纪7 0 年代末，瑞典卓 儿堡公司以高强度、高模量、轻量化的芳纶纤维作为输送带骨架材料，用以代替 钢丝绳芯输送带，减轻带体重量，从而提高输送带工作寿命，降低工作能耗，起 到了很好的效果口】，但由于芳纶价格比较昂贵，在普及应用中受到了一定的限制。 最近，德国凤凰胶带公司开发的新型p h o e n o c o r de o b 能量优化输途带【4 1 ，通 过降低输送带在承托滚上运行时带体变形产生的承压阻力，从而实现降低能耗达 1 5 ，大大节约运行成本。这一产品为提高长距离输送线的经济性做出了决定性 贡献。 在目前能源消费持续增长和能源资源紧缺的压力下，作为高能耗的工业制品， 面临着新的挑战。对输送带进行节能技术改造，开发节能型的输送带，势在必行， 通过实现输送带的节能降耗，可以降低运营成本，提高企业经济效益，增强企业 竞争力，同时对经济的可持续发展，减少污染，改善环境都有极其重要的现实意 义。 兰塑里三奎兰堡主兰垡丝兰 一 - _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - l _ _ - _ - _ _ - _ - _ _ - _ _ _ _ i _ _ _ _ - 一 1 2 输送带的结构与种类隋3 1 2 1 输送带结构 输送带的结构一般都由覆盖胶层、带芯层和边胶等组成。 ( 1 ) 覆盖胶 覆盖胶一般分为上覆盖胶和下覆盖胶。上覆盖胶是工作面，主要与输送的物 料接触，下覆盖胶则与传动滚筒接触。覆盖胶是保护带芯在工作时不受物料的冲 击、磨损，延长输送带使用寿命。 ( 2 ) 带芯 带芯是输送带的骨架，承受输送带作业时的绝大部分负荷。所以带芯层应该 具有比较高的强度和刚度。对于普通输送带，带芯一般采用多层挂胶帆布组成。 近年来，随着化纤和金属材料在输送带中的应用，出现了以尼龙、聚酯、钢丝绳、 钢缆带芯、芳纶等输送带。 ( 3 ) 边胶 为防止输送带磨边，通常在输送带两侧贴上边胶，以增加其耐磨性和抗撕裂 性。 此外，在带芯与覆盖胶之间及带芯与边胶之间，加贴缓冲胶，主要是为了增 加其附着力。 1 2 2 输送带品种分类 输送带品种繁多，一般采用以下分类： ( 1 ) 根据输送带的带芯层骨架材料分，见图1 - 1 。 ( 2 ) 按使用性能和用途来分，输送带可以分为：普通输送带、耐热输送带、 阻燃输送带、导静电输送带、耐油输送带、耐酸碱输送带等等。 1 2 3 节能型输送带 随着节能和环保意识不断的提高，在输送带行业中，节能型输送带逐渐让人 们了解和认可。目前对节能型的输送带，还没有统一的严格的定义，参照国外输 送带厂家的说法，输送物料所需要的动力能耗与传统的输送带相比，减低动力能 耗1 5 以上的输送带，称之为“节能型输送带”。 第一章绪论 厂棉帆布带芯输送带 i 涤纶带芯输送带 帆布芯输送带 机油 石蜡油 环烷油。 综合以上几种软化剂对硫化胶的力学性能和动态性能，可以看出，含环烷油 的硫化胶的动态性能表现得最好，而且硫化胶的力学性能，比机油和石蜡油的好； 含机油的硫化胶的力学性能比芳烃油的差些，但动态性能上，t a n6 小些，意味着 硫化胶在动态使用条件下，生热小些，从原料成本的角度上看，机油通常比其他 三种软化荆便宜。在本研究中，仍选择芳烃油作为软化剂应用于n r s b r 输送带 的复合材料，同时通过调整软化剂的用量，所得的复合材料具有比较好的强伸性 能，也可以实现降低t a n6 。 2 0 1 8 产 莹1 6 1 4 1 2 1 0 芳烃油 机油 环烷油 石蜡油 o 趸豢o108心, 4 81 21 60 t i m ec m i n ) 481 2 t i m e ( m i n ) 图3 - 9 不同种类的软化剂对n r s b r 硫化胶动态力学性能的影响 f i g 3 - 9d y n a m i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fn r s b rv u l c a n i z a t ew i t hd i f f e r e n to i lc l a s s 4 i 华南理工大学硕士学位论文 3 4 本章小结 本章主要研究了n r s b r 炭黑复合材料配合体系中的生胶并用、改性剂a 、 硅藻土填料和软化剂对复合材料性能的影响。 首先研究了n r s b r 不同比用比对硫化胶物理机械性能的影响，选择了以 n r s b r = 6 0 4 0 作为本研究的并用比。 接着研究了新型多功能改性剂a 对n r s b r 混炼胶的硫化特性的影响，结果 表明，改性剂a 能延长胶料的焦烧时间，提高抗硫化返还原性，硫化曲线平坦， 有利于输送带厚制品的硫化。研究了改性剂a 对硫化胶物理机械性能的影响，发 现改性剂a 对硫化胶性能保持良好，能显著提高硫化胶的撕裂强度，提高幅度达 到l 倍左右，并适当提高硫化胶的回弹性性能。热空气老化试验的结果表明，加 入改性剂a 能提高硫化胶的扯断伸长率和撕裂强度和耐压缩永久变形，添加 0 5 p h r 左右时，硫化胶的耐压缩永久变形最好。动态试验表明，加入改性剂a 能 提高硫化胶的弹性模量，降低硫化胶的t a n6 。 研究了硅藻土对硫化胶的物理机械性能和热稳定的影响。结果表明在体系中 加入适量的硅藻土能保持硫化胶性能良好，提高硫化胶的热稳定性，降低原料成 本。 还研究了软化剂的用量和种类对硫化胶的物理机械性能和动态性能的影响， 结果表明软化剂的用量和种类对t a n6 都有比较显著的影响。 综合本章的结果，确定在配方体系中，加入o 5p h r 的改性剂a ，5p h r 的硅 藻土和8p h r 的芳烃油，提高n r s b r 复合材料的综合性能。 第四章固体润滑剂云母粉和滑石粉对n r s b 碳黑复合材料减磨性能的研究 第四章固体润滑剂云母粉和滑石粉对n r s b r 碳黑复 4 1 引言 合材料减磨性能的研究 输送带制品绝大都是由动力设备带动输送带运动的，所以减少硫化胶的摩擦 能有效地降低带体的生热和减少磨损，从而达到输送带节约能耗的一个重要方面。 减小橡胶摩擦系数的方法，主要有配合法、表面改性和分子设计。 表面改性主要是对橡胶表面进行处理、复合、涂敷各种低摩擦系数的材料来 达到降低摩擦系数【40 1 ，该法能有效的保持基材的原有特性。由于表面改性只能改 性橡胶的表面层来实现延缓磨损过程，但是，改性层可能随着摩擦系数和磨损的 加大而损坏。对于输送带而言，尤其是在高温、长距离、高负荷、连续化运输作 业中的输送带，表面会受到一定的磨损，所以表面改性法应用于输送带中有一定 的局限性。 分子设计是在橡胶链段中通过接枝等方法来降低橡胶的摩擦系数。在实际工 业应用中，考虑到成本与原材料的来源问题，此法也难以大面积推广应用。 目前用得最多的降低摩擦系数的方法是配合的方法。在胶料中配合油或润滑 成分，一般会影响橡胶材料的强度，永久变形变差，而且在使用过程中，往往会 渗溢出来。为了改善这些缺点，比较多的是采用固体润滑剂材料来降低硫化胶的 摩擦系数，延长制品的使用寿命。如聚四氟乙烯、石墨、氮化硅等高效率减磨剂。 根据文献报道【1 5 m j ，谢怀兴、曹献坤等人利用石墨、二硫化钼、蛭石片等片状结 构的材料在复合材料性能的研究中，发现n a 适量的这些片层结构的材料对减低 摩擦系数和磨耗，起到很好的作用，同时在高温状态下，对摩擦和磨耗都有较好 的稳定作用，有效地抑制热衰退。 本章研究选用原料成本比较低廉的常用无机填料云母粉和滑石粉，它们都是 具有片层结构，呈六方形或菱形，这就决定了它们易于滑动，对硫化胶可起到减 磨作用。研究这两种固体润滑剂填充改性n r s b r 硫化胶，探讨其对硫化胶老化 前后的物理机械性能、摩擦和磨损性能的影响。 兰塑墨三查兰堡圭鲎堡垒苎 一_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。一 4 2 实验部分 4 2 1 实验材料 n r ，宝岛牌，1 # 标胶，海南农垦公司； s b r ，1 5 0 2 ，吉化； 炭黑，n 2 2 0 ，上海天马牌； 操作油，3 号芳烃油，广州大朋公司： z n o ，芭蕉牌，9 9 7 ，柳州锌品股份有限公司； 硬脂酸，工业纯，如皋市化学试剂厂； 防老剂4 0 t 0 n a ，山东圣奥化工股份有限公司： 防老剂r d ，天津拉勃助剂有限公司； 硫化剂s ，湘南化工设备公司； 促进剂c z ，镇江振邦化工有限公司： 合成云母粉，8 0 0 目，清远微粉科技有限公司 滑石粉，广州市芊荟化玻仪器有限公司 其他原材料为市售。 4 2 2 试样的制备 在实验室用巾1 6 0 水冷式双棍开炼机( 1 5 2x3 0 5 m m ) 制备混炼胶，滚筒速比 为1 ：1 4 2 。将生胶在开炼机上薄通后，包辊，再按常规混炼方法加入配合剂，依 次加入硬脂酸、z n o 、防老剂、固体润滑剂、炭黑、操作油，最后加促进荆和硫 磺。混炼均匀后下片。采用u c a n 公司u r 2 0 3 0 型硫化仪测定混炼胶的硫化性 能和硫化曲线，以t e 9 0 为正硫化时间。出片停放2 4 小时后，在2 5 吨级的平板硫 化机，1 5 0 下硫化试样，硫化后在室温放置约2 4 小时后进行测试。 表4 1 所示的是试验配方。 表4 - 1 试验配方 t a b l e4 - lf o r m u l m i o no f n r s b rc o m p o u n d s ( 基本配方：n r6 0 1s b r4 0 ；炭黑5 0 ；防老剂2 ；z n o5 ；硬脂酸2 ；固体润滑剂变量 改性剂a o 5 ；操作油8 ；其他助剂适量) 第四章固体润滑剂云母粉和滑石粉对n r s b r 碳黑复合材料减磨性能的研究 4 2 3 分析与测试 硫化胶的拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率和扯断永久变形按照国标g b t 5 2 8 1 9 9 8 测定；撕裂强度( 直角型，无缺口) 按国标g b t5 2 9 1 9 9 9 测定。拉伸 和撕裂实验均在u c a n 公司u t - 2 0 6 0 型电子拉力机上进行测试，拉伸速率为 5 0 0 m m m i n 。 硬度( 邵尔a 型) 按国标g b t5 3 1 1 9 9 9 用x y o l 型橡胶硬度计( 上海化工 机械厂) 测定。 热空气老化实验按国家标准g b t3 5 1 2 8 3 进行，老化温度：7 0 。c ，老化时间： 1 6 8 h 。 硫化胶的d m a 分析：采用美国t ai n s t r u m e n t sd m a 2 9 8 0 型动态力学热分析 仪进行测试。测试条件：频率2 h z ，温度4 0 。c 保持恒温，空气氛围，采用拉伸夹 具。 回弹性：按a s t m d 2 6 3 2 规定测试，在g t 7 0 4 2 r e 上进行。 静摩擦系数：在日本岛津a g 1 型电子拉力机上进行，在试样上方加一恒定 正压力，通过滑轮以电子拉力机牵引，牵引速度5 m m m i n ，测试样形状为 l m i n x 6 2 7 c m 5 6 8 c m ，试样接触的摩擦面为平钢板。 d i n 磨耗：按g b t 9 8 6 7 规定测试，在g t - 7 0 1 2 dd i n 滚筒磨耗试验机上进 行，砝码荷重为1 0 n ，测试行程4 0 m 。 扫描电镜：将硫化胶的磨耗试样经磨耗后的表面用离子溅射仪喷金处理后， 用k y k y - 1 0 0 b 型扫描电镜观察其磨耗形貌。 t g 分析：采用美国t a i n s t r u m e n t s 公司t g a 2 0 5 0 型热重分析仪测定样品的 t g a 曲线，升温速率是2 0 m i n ，温度范围是常温6 0 0 * ( 2 ，n 2 气氛。 4 3 结果与讨论 4 3 1 片状云母粉、滑石粉对硫化胶物理机械性能的影响 图4 一l 至图4 8 是片状填料云母粉和滑石粉填充的硫化胶的各种物理机械性 能的相关性图。 从图4 - i 可以看出，随着固体润滑剂用量的增加，硫化胶的拉伸强度会有下 降的趋势，但下降的幅度不大。拉伸强度与橡胶的交联密度有密切的关系，由于 云母粉和滑石粉均为片层结构，活性点低，当加入到橡胶后，其片层屏蔽效应阻 碍了橡胶的交联，从而使得硫化胶的交联密度有所下降。 华南理工大学硕士学位论文 2 3 o 2 2 5 2 2 0 蜊2 1 5 砉2 1 0 2 0 5 2 0 0 - - 1 0 - - 云母粉 1 - 滑石粉 蔗 图4 - i 拉伸强度与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 - 1r e l a t i o n s h i po ft e n s i l es t r e n g t ha n d s o l i dl u b r i c a n t 皇 。 型 垂 删 蓦 宝 l 2 10 8 6 024681 0 固体润滑剂p h r 图4 3 定伸应力与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 - 3r e l a t i o n s h i po f3 0 0 m o d u l u sa n d s o l i dl u b r i c a n t 8 8 8 6 8 4 重8 2 蜊8 0 嚣7 8 鞲7 6 7 4 7 2 7 0 02468 1 0 固体润滑剂p h r 图4 - 5 撕裂强度与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 - 5r e l a t i o n s h i po ft e a rs t r e n g t ha n ds o l i d i i , h r i c a n t 5 6 0 掌 爵 出5 4 0 量 婚 鞘5 2 0 024681 0 固体润滑女m 口h r 图4 - 2 扯断伸长率与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 - 2r e l a t i o n s h i po fe l o n g a t i o na n ds o l i d l u b r i c a n t 基6 4 罂 簦6 3 竖 4 6 2 6 l 02468 1 0 固体润滑剂p h r 图4 4 硬度与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 4r e l a t i o n s h i po fh a r d n e s sa n ds o l i d l u b r i c a n t 3 6 3 4 薹3 2 制 3 0 当 意2 8 2 8 周体润滑剂p h r 图4 - 6 永久变形与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 - 6r e l a t i o n s h i po fs e ta f t e rb r e a ka n d s o l i dl u b r i c a n t 蔓巴兰旦竺塑塑型重墨塑塑塑互塑翌翌堕呈垦壁墨墨鱼塑型壅壁丝堡堕竺薹一 4 1 4 0 3 9 尊3 8 世 融3 7 匣 3 6 3 5 3 4 釜 锹 ，* 婚 出 固体润滑剂i p h r 图4 7 打击回弹性与固体润滑剂用量的关系 f i g 4 7r e l a t i o n s h i po f r e s i l i e n c ea n ds o l i d l u b r i c a n t 024 681 0 固体润滑剂p h r 图4 8 压缩永久变形与固体润滑剂用量的 关系 f i g 4 8r e l a t i o n s h i po fv e r t i c a lr e s i l i e n c ea n d s o l i dl u b r i c a n t 图4 2 反映的是扯断伸长率与固体润滑剂用量的关系，当橡胶中加入少量的 固体润滑剂后，扯断伸长率比未添加的高，随着用量的增加，扯断伸长率先增加 后减小，在6 p h r 添加量时，扯断伸长率达到最大值。 从图4 3 可以看出，随着固体润滑剂用量的加入，定伸应力先下降后增加的 趋势。 图4 - 4 反映了，硫化胶的硬度基本呈上升的趋势。 图4 5 反映了固体润滑剂与撕裂强度的关系，可以看出添加少量的片状填料 作为固体润滑剂，硫化胶的撕裂强度能得到比较明显的提高。因为撕裂一般是从 橡胶的缺口裂纹出开始并逐渐扩展，最后断开。在此过程中，片层的固体润滑剂 能均化缺陷边界部分的集中应力，从而提高了撕裂强度。 从图4 - 6 和图4 7 可以看出，当橡胶中加入固体润滑剂后，扯断永久变形、 打击回弹性和压缩永久变形都有呈增大的趋势。回弹性表征橡胶受到冲击之后恢 复原状的能力。回弹性的测试是在硫化胶小变形范围内的性能，硫化胶基体中， 片状固体润滑剂的存在，能使胶相在片层间作剪切弹性变形，能体现高的回弹性。 所以加入适量的片状固体润滑剂对硫化胶的回弹性性能是有利的；若硫化胶承受 的是极限的变形，那么这种变形的扯断力超过了橡胶分子与片状固体润滑剂之间 的结合力，则对橡胶分子与片层之间产生相对滑动，影响了橡胶分子恢复到原来 形状而增大了残留变形。扯断永久变形和老化后的压缩永久变形，这两种变形都 是硫化胶在比较高的变形下的行为结果，所以片状固体润滑剂的加入会使得扯断 永久变形和压缩永久变形变大。这就解释了片状固体润滑剂能提高硫化胶的打击 回弹性，而又增大了扯断永久变形和压缩永久变形这种现象。 压缩永久变形的大小与硫化胶的交联结构、交联密度以及试验条件都有关系 4 7 如明驰盯船如 华南理工大学硕士学位论文 4 “，交联密度越低，塑性流动越明显，老化后的压缩永久变形就越大。固体润滑 剂的加入，使得硫化胶的交联密度有所降低，因而压缩永久变形会有增加的趋势。 相比之下，加入滑石粉的硫化胶的扯断永久变形和压缩永久变形均比云母粉的小 些，云母粉对于硫化胶的耐压缩永久变形性能表现得差些。 4 ，3 2 热空气老化性能 表4 2 所示的是硫化胶在7 0 1 6 8 h 热空气老化后各力学性能的保持率。从 表中可以看出，老化后硫化胶的定伸应力比老化前提高了，但提高的幅度比空白 样相差不多。硬度的变化相近，保持在4 度左右。拉伸强度和扯断伸长率的保持 率也相差不大，而撕裂强度在圆体润滑剂添加量小于3 p h r 时，保持率与空白样相 当，当添加量大于6 p h r 时，添加云母和滑石粉的硫化胶撕裂强度下降比较大，下 降幅度达1 0 。总的说来，添加适量的固体润滑剂，硫化胶的耐热老化性依然能 保持比较良好。相比之下，滑石粉的耐热老化性能优于云母粉。 表4 - 2 老化后n r s b r 硫化胶的性能保持率 t a b l e4 - 2c o n s e r v a t i o nr a t eo ft h ep r o p e r t i e so fn r s b rv u l e a n i z a t e sa f t e ra g i n g 4 3 3 摩擦与磨耗性能 摩擦和磨耗是两种密切相关的现象。在一般情况下，橡胶的摩擦常伴随着磨 耗。磨耗是由摩擦引起的一种破坏现象，由接触面的摩擦产生摩擦力，由摩擦力 产生表面破坏现象引起磨耗，因此摩擦和磨耗是不能分开的，在实际应用中摩擦 4 8 第四章固体润滑剂云母粉和滑石粉对n w s b r 磁黑复合材料减磨性能的研究 和磨耗是橡胶制品的重要技术参数，关系到制品的使用寿命。 4 3 3 1 硫化胶的摩擦系数 橡胶是一种粘弹性物体由于弹性模量小，其摩擦规律与一般刚性固体是不同 的，其摩擦机理主要是摩擦表面间的粘着和橡胶本身的滞后作用。其摩擦力可以 用式( 4 i ) 来表示 4 2 们1 。 f = f a + f n ( 4 - 1 ) 式中f 表示摩擦力，f a 表示粘附力，f n 表示滞后阻力。摩擦力等于摩擦表 面分子相互接触产生的粘附力和由于压入一微凸体后使橡胶产生的滞后阻力之 和。 影响橡胶摩擦性能的因素有许多，如压力、速度、温度、表面状态和橡胶的 粘弹性等。其中表面状态不同时，摩擦的粘附成分变化明显，特别是有润滑剂时， 粘附摩擦成分可以显著减小。摩擦的滞后成分则依赖于表面粗造度、负荷等影响， 几乎不受润滑剂的影响。 图4 - 9 中的摩擦系数测定是在硫化试片施加一恒定的正压力，然后通过电子 拉力牵引，在近似静止的恒定速度下测出来的。 从图中可以看出，固体润滑剂片状云母粉和滑石粉都能明显的减小橡胶的摩 擦系数，并且随着固体润滑剂量的增加，摩擦系数也减小。分析其原因：由橡胶 的摩擦机理可知，橡胶在相对光滑的刚性表面上的摩擦主要是由粘附摩擦和滞后 摩擦组成，当体系中加入固体润滑剂后，在橡胶表面形成一层薄的固体润滑膜， 这层膜可以阻止橡胶与对偶间的直接接触，所以能减少摩擦。 1 7 5 1 6 0 1 1 5 1 0 0 固体润滑剂p h r 图4 - 9 固体润滑剂对静摩擦系数的影响 f i g 4 - 9i n f l u e n c eo fs o l i dl u b r i c a n to nt h es t a t i cf r i c t i o nc o e f f i c i e n t 蛎 1 l 糕垛转世 华南理工大学硕士学位论文 4 3 32 硫化胶的磨耗性能 硫化胶在摩擦运动过程中会产生热量和表面破坏，造成磨耗。根据硫化胶的 磨耗机n 1 44 1 ，硫化胶的机械破坏，包括扯断、撕裂和周期疲劳，其本质上是应力 集中引起裂口增长的行为结果。橡胶材料的磨损同橡胶自身的力学性能、橡胶表 面状况、对偶面的表面情况以及施加外力等情况都有密切的关系。 图4 1 0 反映的是固体润滑剂与d i n 滚筒磨耗的关系。从图可以看出，适量的 固体润滑剂能，对降低 磨耗有一定的好处。对 于云母粉，3 份是最佳， 对于滑石粉，4 份时效 果最佳。当用量超过此 值时，体系的磨损量反 而呈现增大的趋势。分 析其原因，主要是因为 云母粉和滑石粉都未用 偶联剂改性处理，与橡 胶的结合有定的限 度。少量的固体润滑剂 存在，对硫化胶力学性 能下降影响还不大，甚 1 8 0 1 7 0 1 6 0 1 5 0 ， 司 1 4 0 024681 0 固体润滑剂p h r 图4 - 1 0 固体润滑剂对d i n 滚筒磨耗的影响 f i g 4 1 0i n f l u e n c eo fs o l i dl u b r i c a n to nr e l a t i v ev o l u m el o s s 至还能提高撕裂强度( 本章4 3 1 节已述) ，另一方面，固体润滑剂片层结构这一 特点决定了其在摩擦表面相对容易滑动，对降低摩擦表面摩擦阻力和磨耗过程因 摩擦生热对复合材料基体的损伤。所以适量的固体润滑剂对磨耗是有利的。当随 着用量的增加，超过某一临界值后，未与橡胶结合的部分则随之增加，与橡胶基 体间的粘合结作用降低，同时削弱了橡胶的强度，片层更易剥落，从而使磨损增 大【4 5 l 。 4 3 4 扫描电镜分析磨耗表面 图4 - 1 1 所示的是，硫化胶试样经d i n 滚筒磨耗后，表面层的扫描电镜图。 ( a ) 图是未加固体润滑剂滑石粉的磨耗后形貌，从扫描电镜图上看，出现有脱落掉 块的迹象出现，磨耗后的梨沟比较深广，这种磨耗行为的磨耗量大。加入适量的 云母粉( 3 p h r ) ，其磨耗表面的梨沟比较平坦，表面层较密实，裂纹比较小，磨耗 量小。 第四章固体润滑剂云母粉和滑石粉对n r s b r ，碳黑复合材料减磨性能的研究 ( a ) 添加0 份固体润滑剂( 1 5 0 ) (