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。