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耐磨橡胶板配方的研究

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,压缩长久变形(100℃×22h,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;BR9001: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/T529-1999,GB/T 531-1999)测定。

 

   (2)阿克隆磨耗按GB/T1689-1998测定

 

   (3)静态压缩长久变形按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(0.03cm3/1.61km),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℃×22h)/%

 

 

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/NR100(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:压缩长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

 

 

压缩长久变形(100℃×22h)/%

 

 

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/NR50/50,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;压缩长久变形、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

 

 

压缩长久变形(100℃×24h)/%

 

 

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,S1.0,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

 

 

压缩长久变形(100℃×24h)/%

 

 

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,S1.0,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*佳用量为1.0/0.5/1.5。

 

   (3)HAF*佳用量为65份。

 

   (4)使用二硫化钼不能减小该体系的磨耗量。