GF增强橡胶复合材料中耐磨性研究检测方案(其他物性分析仪/测定仪)

8物 理 测 试2003年第2期 GF增强橡胶复合材料耐磨性研究* 关长斌 (燕山大学) 摘 要 采用干法混炼工艺研究玻璃纤维增强橡胶复合材料的耐磨性。结果表明，玻璃纤维的加人可提高橡胶的耐磨性，并且橡胶的耐磨性与强度和硬度具有线性关系。 关键词 玻璃纤维 橡胶 耐磨性 复合材料 STUDY ON WEARPROOF OF GLASS FIBER REINFORCEDRUBBER COMPOSITE GUAN Changbin(Yanshan University) ABSTRACTWearproof of GF ( glass fiber ) reinforced rubber composite was made with mill-mixing in solid state was study. The results showed that CF can provide wearproof of the rubbercomposite， and relation weatproof and tensile strength， hardness of the rubber composite waslinear， 耐磨性是某些橡胶制品的重要技术指标，它直接关系到轮胎、输送带、胶鞋、动密封件等许多橡胶制品的使用寿命。因此，研究橡胶的耐磨性具有重要的意义。单独一种橡胶材料耐磨性有限，必须发展橡胶复合材料。玻璃纤维(GF)是一种性能优良的增强材料，其抗拉强度高，比有机纤维高6~30倍；弹性模量高，与Al 的弹性模量相当，比强度和比模量高；抗老化和化学腐蚀性能优良，吸湿性小，吸水性比有机纤维小；耐热性好，热膨胀系数小；玻璃纤维价格便宜，是碳纤维的1/100~1/20011。为了降低成本，在橡胶中加入玻璃纤维，采用干法混炼工艺制备出玻璃纤维增强橡胶复合材料，并研究了玻璃纤维对橡胶耐磨性的影响。 1 实验过程 原材料采用氯丁(CR) 和丁腈(NBR)混合橡胶，因为它们都具有良好的耐油性和耐磨性。配合剂主要有：硫化剂、促进剂、防老剂、增塑剂、补强剂等。 ( *机械工业技术发展基金项目 ) 另外加加5%、10%、15%、20%GF。 该复合材料采用干法混炼工艺制备，工艺过程如下：首先按配方称取原料，经塑炼和混炼后，将纤维与橡胶混合压延成薄片。在平板硫化机上硫化，硫 图1 玻璃纤维体积百分含量与橡胶耐磨性的关系 化温度为：140℃，压力：3MPa，时间：20min。将硫化后的薄片冲片成各种试样，进行性能测定。主要测 ( 稿件收到日期：2002-11-20 ) ( 联系人：关长斌，教授，秦皇岛(066004)燕山大学材料科学与工程学院 ) 定：硬度(GB/T531-92)，强度(GB/T528-92)，耐磨性(GB1689)。耐磨性的测试在阿克隆磨耗试验机上进行，试样尺寸为668 mm ×12.7 mm，胶轮轴回转速度为76±2 r/min，砂轮回转速度为33~35r/min。然后测量对磨 1.61 km 后的磨耗量2性能测试结果见表1。采用 SEM 扫描电镜对GF增强橡胶复合材料的显微组织进行观察。 表1 橡胶性能测试结果 纤维体积百分数 0% 5% 10% 15% 20% 硬度(邵尔A) 68 69 78 78 81 拉伸强度/MPa 10.0 10.2 11.2 12.8 16.4 磨耗量/cm³·(1.61km)- 1.75 1.64 1.61 1.52 0.82 2 结果讨论 2.1 橡胶硬度与耐磨性的关系 由表1可见，橡胶的磨耗量随硬度增加而降低，耐磨性提高。橡胶的磨耗是磨损磨耗和疲劳磨耗的综合作用的结果。在疲劳磨耗条件下硬度提高会使磨耗量增大，而在磨损磨耗时则会使磨耗量下降。阿克隆磨耗试验是橡胶轮和砂轮对磨，橡胶在砂轮粗糙表面上摩擦时，使橡胶表面产生局部应力集中，并被不断切割和扯断成微小颗粒，这种磨耗是磨损磨耗。所以硬度增加可提高橡胶的耐磨性。 2.2 橡胶强度与耐磨性的关系 由表1可见，橡胶的磨耗量随强度增加而降低，耐磨性提高。橡胶的磨损磨耗的磨耗强度可用下式计算3]， 式中 I——磨耗强度；k——摩擦表面特性参数； u—摩擦系数； R——回弹性； ———拉伸强度； P——压力。 磨耗强度是单位时间、单位路程或单位摩擦功率下的磨耗量(质量损失、体积损失、磨耗深度)。所以由上式可见，橡胶的耐磨性随拉伸强度提高而增强。因为强度高，抵抗切割和扯断的能力提高。 2.3 纤维含量对耐磨性的影响 图1是玻璃纤维体积百分含量与橡胶磨耗量的关系曲线。从中可见，橡胶的耐磨性随纤维含量的增加而增加。这是由于玻璃纤维在橡胶中互相搭接形成三维网络结构(图2)，阻碍周围高分子链的移动，提高了橡胶的硬度和强度，所以耐磨性增加。 3 结论 (1)橡胶的耐磨性随硬度和强度的增加而提高，这是因为橡胶的硬度和强度越高，抵抗砂轮切割和扯断的能力越高。 (2)在橡胶中加人玻璃纤维形成三维网络结构，提高了橡胶的强度和硬度，使耐磨性提高。 ( 参 考 文 献 ) ( 李志安，胡宏玖.玻璃纤维增强橡胶垫片材料的研材，石油化工设备，1995，24(5).23~25. ) ( 2 化工部北京橡胶工业研究设计院编.橡胶通用物理和化学试验方法标准续编.北京：中国标准出版社，1994.284 ~286. ) ( 3 刘植榕，汤华远，郑亚丽.橡胶工业手册第八分册(试验方法).北京：化学工业出版社，1997.728~733. ) @China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net