耐磨橡膠板配方的研究
受洛陽機車廠的委托，開發TSJ-I型高效混粘土噴射機上的附件——橡膠摩擦板。噴射機工作時，由於橡膠板與鋼板在風壓(0.3MPa)的作用下做相對旋轉運動(滑動)，故要求橡膠板在耐磨性及強度等方麵需滿足如下技術要求：拉伸強度≥20MPa，阿克隆磨耗≤0.03cm3/1.61 km，壓縮長久變形(100℃×22h，壓縮30%)≤40%，扯斷伸長率≥300%，邵A硬度75-80。橡膠摩擦板使用壽命應保證混粘土噴射機噴射混粘土400m3以上。
1 實驗部分
1.1 原材料
NR：SCR5，雲南農墾供銷公司；BR9001：燕山牌，燕山石化公司合成橡膠廠；HAF：天津海豚炭黑廠；二硫化鉬：石家莊市試劑廠；其他助劑均為市售工業品。
1.2 儀器及設備
冷輥開煉機：S(X)K-160A型，廣東湛江橡塑機械製造廠；25t平板硫化機：上海橡膠機械製造廠；電子拉力實驗機：DXLL10000型，上海化工裝備有限公司；XY-1橡膠硬度計：上海化工機械四廠；阿克隆磨耗實驗機：MH-74型，長沙儀表機床廠。
1.3 性能測試
(1)力學性能：拉伸強度、撕裂強度、邵爾A型硬度測試分彆按相應國家標準(GB/T 528-1998，GB/T529-1999，GB/T 531-1999)測定。
(2)阿克隆磨耗按GB/T1689-1998測定
(3)靜態壓縮長久變形按GB/T1683-81測定，測試條件為100℃×22 h，壓縮30%。
2 結果與討論
2.1 NR/BR並用比對耐磨等性能的影響
NBR由於腈基的存在具有較好的耐磨性，但它在動態應力下生熱大，熱會加速其老化而降低使用壽命。洛陽機車廠的該磨擦板原有配方就是采用NBR，雖然阿克隆磨耗小(0.03cm3/1.61km)，但使用壽命短(機器噴不到350m3混粘土就得更換橡膠板)。所以在新配方中選用了順丁膠。由於BR的大分子鏈柔順、生熱小、耐疲勞性優，而且其與炭黑結合結構具有高的熱機械穩定性，從而耐磨性高。但順丁膠的拉伸強度、撕裂強度低，加工性不好，適當並用天然膠可克服上述缺點。表1中列出了天然膠與順丁膠不同並用比對性能的影響。可以看出，隨天然膠用量增大，膠料的扯斷強度和伸長率變大，磨耗性降低；綜合考慮，並用比取50/50為宜。
表1 NR/BR並用比對性能的影響1)
性能指標
| NR/BR
| |||
0/100
| 70/30
| 50/50
| 30/70
| |
硬度(邵A)
| 74
| 75
| 74
| 74
|
100%定伸應力/MPa
| 4.5
| 4.1
| 4.0
| 4.2
|
200%定伸應力/MPa
| -
| 11.5
| 9.7
| 10.7
|
300%定伸應力/MPa
| -
| -
| 16.1
| 17.4
|
扯斷強度/MPa
| 12.3
| 17.4
| 19.1
| 21.0
|
扯斷伸長率/%
| 209
| 297
| 355
| 377
|
壓縮水久變形(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)基礎配方：BR/NR100(並用比變量)，S 1.0，TT O.5，CZ1.5，防RD 1，SA 1.0，ZnO 5，HAF 60。
2.2 硫化體係的選擇
普通硫化體係、半有效硫化體係和有效硫化體係對硫化膠性能的影響如表2所示。S/TT/CZ為1.0/0.5/1.5時，硫化膠的綜合性能較好：壓縮長久變形和耐磨性較好，強度也較大。
表2 硫化體係對硫化膠性能的影響1)
性能指標
| 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%定伸應力/MPa
| 5.1
| 4.1
| 4.0
| 5.1
|
300%定伸應力/MPa
| 15.3
| 15.7
| 16.1
| 17.4
|
扯斷強度/MPa
| 16.3
| 20.0
| 19.1
| 19.6
|
扯斷伸長率/%
| 312
| 386
| 355
| 335
|
壓縮長久變形(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)基礎配方：BR/NR50/50，S/TT變量，CZ 1.5，防RD 1，SA1.0，ZnO 5，HAF 60。
2.3 炭黑用量對膠料性能的影響
采用增加炭黑用量的辦法可以提高膠料的硬度及耐磨性。表3列出了膠料性能隨炭黑用量增加的變化情況。炭黑用量增大，扯斷強度在65份時有個峰值；扯斷伸長率減小；壓縮長久變形、耐磨性及硬度增大。炭黑用量在65份時膠料性能滿足技術條件要求，故炭黑用量定為65份。
表3 炭黑用量對性能的影響1)
性能指標
| 炭黑用量/份
| |||
60
| 65
| 70
| 80
| |
硬度(邵A)
| 74
| 77
| 81
| 85
|
100%定伸應力/MPa
| 4.0
| 4.9
| 6.3
| 11.2
|
300%定伸應力/MPa
| 16.1
| 17.8
| -
| -
|
扯斷強度/MPa
| 19.1
| 21.2
| 19.5
| 16.5
|
扯斷伸長率/%
| 355
| 328
| 287
| 223
|
壓縮長久變形(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)基礎配方：BR/NR 50/50，S1.0，TT 0.5，CZ 1.5，防RD 1，SA 1.0，ZnO 5，HAF變量。
2.4 減磨劑的用量對膠料性能的影響
減磨劑二硫化鉬對膠料磨耗性能的影響如表4所示。由表4可見，隨減磨劑二硫化鉬的加入量增大，阿克隆磨耗並冇有減小反而增大了。分析認為，可能減磨劑與NR和BR的相容性不好，界麵結合不牢固，在粗糙的磨輪表麵摩擦時易被磨下，所以該體係中加入二硫化鉬不能改善膠料的耐磨性。
表4 二硫化鉬用量對膠料性能的影響1)
性能指標
| 二硫化鉬用量(份)
| |||
-
| 3
| 6
| 9
| |
硬度(邵A)
| 77
| 77
| 78
| 78
|
100%定伸應力/MPa
| 4.9
| 5.1
| 5.3
| 5.6
|
300%定伸應力,/MPa
| 17.8
| 18.9
| 18.7
| 18.4
|
扯斷強度/MPa
| 21.2
| 23.3
| 23.0
| 22.8
|
扯斷伸長率/%
| 328
| 325
| 321
| 324
|
壓縮長久變形(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)基礎配方：BR/NR 50/50，S1.0，TT 0.5，CZ 1.5，防RD 1，SA 1.0，ZnO 5，HAF 65
2.5 應用試驗
洛陽機車廠多種經營開發公司用筆者提供的混煉膠製備了25塊摩擦板，並裝車試用。實際使用中發現該配方的摩擦板明顯好於原配方膠料，噴射機噴射600m3以上才需更換橡膠摩擦板，達到設計要求。
3 結論
(1)NR/BR並用比在50/50時可獲得綜合性能較好的膠料。
(2)二種硫化體係中S/T/CZ*佳用量為1.0/0.5/1.5。
(3)HAF*佳用量為65份。
(4)使用二硫化鉬不能減小該體係的磨耗量。