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耐磨橡胶板配方的研究6 D: _& j* n: L6 a8 W k! }
# A/ P5 h5 R1 d* I2 i
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,压缩永久变形(100℃×22 h,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。 7 ~! r" @4 u! c, Q) t
1 实验部分' p. u( K5 M0 F2 G; v
1.1 原材料
* l f( O; l JNR:SCR5,云南农垦供销公司;BR 9001: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。5 m1 m) m4 z* ?% T/ }# K$ h
1.2 仪器及设备
- n( K3 j, t1 t4 t- d 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。6 e) V/ j J7 [# P, K# s9 b
1.3 性能测试( N6 D7 v. ?- m: |' y
(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/T 529-1999,GB/T 531-1999)测定。$ ~7 j- M; S, s" i& J8 B: x: a
(2)阿克隆磨耗按GB/T1689-1998测定
% y3 O& F% h2 y" B& j: N8 I (3)静态压缩永久变形按GB/T1683-81测定,测试条件为100℃×22 h,压缩30%。 d5 y$ _8 ~9 I% A% R
2 结果与讨论
$ j1 ^: ~# {& L 2.1 NR/BR并用比对耐磨等性能的影响
5 r. u& g- ?6 W6 l: R! g 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(0.03 cm3/1.61km),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。 x$ N1 ]. D; k! j4 W* |4 `& L, b2 h
表1 NR/BR并用比对性能的影响1)9 h/ ^* [+ \/ k
性能指标 NR/BR3 I% P, c" s* |/ f! H& [
0/100 70/30 50/50 30/70" B/ N& V6 |! U' z1 b5 P0 q
硬度(邵A) 74 75 74 74/ M2 ?1 W8 e" H, ?, P4 c; U( \
100%定伸应力/MPa 4.5 4.1 4.0 4.26 }! L& t; T) I* T
200%定伸应力/MPa - 11.5 9.7 10.7
1 @2 r) |2 A, H6 z1 K300%定伸应力/MPa - - 16.1 17.4, S& m) n2 k* z' W& N3 _& R9 T/ K
扯断强度/MPa 12.3 17.4 19.1 21.0
* i7 w/ H& e& s# Q/ |+ Q扯断伸长率/% 209 297 355 377
& r# i0 A& t3 Q) r" `压缩水久变形(100℃×22 h)/% 26.1 29.0 32.9 34.4# f4 [7 z1 Q: q8 E. K5 n" A
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 0.0022 0.0122 0.0355 0.0724; O) `: f. F8 D# b$ {. a$ ~6 x2 `
1)基础配方:BR/NR 100(并用比变量),S 1.0,TT O.5,CZ1.5,防RD 1,SA 1.0,ZnO 5,HAF 60。
, y0 F$ f8 G# Q; }7 @+ e! I+ l 2.2 硫化体系的选择
! V C% a3 c4 h; @9 d 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:压缩永久变形和耐磨性较好,强度也较大。! _" u; i B. |) A2 e4 c% w$ f; h
表2 硫化体系对硫化胶性能的影响1)
3 s3 U! L0 S6 w. g! a性能指标 S/TT
+ A& Y1 N, \( Y3 Y 0.5/1.5 0.8/0.6 1.0/0.5 1.5/0.2& V. a I4 ^1 N; F4 e
硬度(邵A) 74 73 74 75' v F2 s" k) x/ K4 b8 U0 V. P
100%定伸应力/MPa 5.1 4.1 4.0 5.1: N/ e- {. ~* _+ t x/ z
300%定伸应力/MPa 15.3 15.7 16.1 17.4( P* Z: J# g+ M) v
扯断强度/MPa 16.3 20.0 19.1 19.6* }- w8 }/ h5 K8 ~% t! F
扯断伸长率/% 312 386 355 3353 Q8 I9 v+ T; N
压缩永久变形(100℃×22 h)/% 19.0 29.3 32.94 42.26 U' X. P; e, M# m, n1 _9 ^ S
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 0.0447 0.0487 0.0355 0.03571 q' r, w3 A3 A5 u- Y3 s1 d6 p
1)基础配方:BR/NR 50/50,S/TT变量,CZ 1.5,防RD 1,SA1.0,ZnO 5,HAF 60。' ?% c6 e& ]. P3 P
2.3 炭黑用量对胶料性能的影响3 f3 U# Z1 \+ I
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;压缩永久变形、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。
4 u9 Q) U A. Y8 Q 表3 炭黑用量对性能的影响1)
9 t! i/ V0 ?- S$ a' q6 `性能指标 炭黑用量/份( w4 {# p* ?- _1 y
60 65 70 80
: }% N' Q) }" ?6 y j3 F/ E/ k- R) Y硬度(邵A) 74 77 81 85+ b6 H" s% Y' ^" T5 B9 P+ X! e0 w& X
100%定伸应力/MPa 4.0 4.9 6.3 11.2. T& o0 k0 I6 o$ y H4 g2 m$ s
300%定伸应力/MPa 16.1 17.8 - -2 G8 `; Z5 [7 Q# X) ~, Q
扯断强度/MPa 19.1 21.2 19.5 16.52 S" ?2 \5 a" s- ^6 A9 U D
扯断伸长率/% 355 328 287 2231 {& N% X3 n0 R m9 M0 h# X* `
压缩永久变形(100℃×24 h)/% 32.9 35.0 38.9 40.4' X/ h, ?* {% F2 }7 T
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 0.0355 0.0286 0.0234 0.0086
( D: d {; g" ?; n0 N 1)基础配方:BR/NR 50/50,S 1.0,TT 0.5,CZ 1.5,防RD 1,SA 1.0,ZnO 5,HAF变量。
: i- J* Y& b% i+ W 2.4 减磨剂的用量对胶料性能的影响( D# c8 y) n6 b$ b v b ]& v
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。3 Z' B/ x3 |0 r( p: `+ ]
表4 二硫化钼用量对胶料性能的影响1). }* M# l6 N2 \
性能指标 二硫化钼用量(份)
- V. l; ^ p' ` c - 3 6 9
0 x* z( Y6 G' b7 w- i3 P) Y硬度(邵A) 77 77 78 789 V' h: C3 S9 x# m0 T
100%定伸应力/MPa 4.9 5.1 5.3 5.64 t9 F% V; j- y" D y- o G4 ^
300%定伸应力,/MPa 17.8 18.9 18.7 18.4
) [) Q% d! [+ z扯断强度/MPa 21.2 23.3 23.0 22.8
4 d# }- h+ m! ]. _3 q9 U$ j扯断伸长率/% 328 325 321 324: X: a% G$ s$ N* E" P
压缩永久变形(100℃×24 h)/% 0.0286 0.0457 0.0644 0.0881
/ N; B% Z* J# p. U% p# W2 N4 w阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 35.0 38.6 39.1 39.0
! y% M: G' v2 n+ a: N' y$ G/ V 1)基础配方:BR/NR 50/50,S 1.0,TT 0.5,CZ 1.5,防RD 1,SA 1.0,ZnO 5,HAF 65 w* q5 d; B- Z0 F# q0 K4 u
2.5 应用试验
4 O, R( ]1 S0 t. R# ?, _ 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。. X0 z) f: I' E7 G
3 结论( O/ o0 K, C4 J" g% p7 A5 B6 m
(1)NR/BR并用比在50/50时可获得综合性能较好的胶料。
/ Z: }0 c9 c: R; k (2)二种硫化体系中S/T/CZ最佳用量为1.0/0.5/1.5。
! G+ {, K6 E. Q j5 i3 Q6 P3 R (3)HAF最佳用量为65份。3 M& m5 Q) A! `
(4)使用二硫化钼不能减小该体系的磨耗量。/ S; J7 c, p% g7 S- p0 \! c" q% `! x
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