浅谈提高橡胶耐磨性能的几种途径

feridy · 发表于 2019-3-6 12:27:50

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昨天发过，但可能因为带广告被管理员删啦

，看来在技术网论坛不能抱有侥幸心理。去广告再发一次

橡胶的用途非常广泛，无论是家居生活、工业交通还是航天航空，作为密封件、传送带、轮胎或是功能结构件，橡胶已经渗透到各行各业的方方面面；经过几百年的发展，橡胶的种类在增多，各方面的性能也在提高。而橡胶的耐磨性能是一个非常重要的方面，仍然是工程师们研发的热点。因为我所在公司是耐磨、抗撕裂增强体的研发及生产，这里我尝试从个人比较熟悉的一些添加材料，谈一谈提高橡胶耐磨性能的几种途径，如有不当之处还望指正：

一、添加高硬度粉体材料

提高摩擦面表面的硬度可提高材料的耐磨性，一般采用添加高硬度陶瓷材料微粉来实现。这些陶瓷微粉包括氧化铝、碳化硅、氮化硼。除陶瓷材料外，也有添加金属粉末、金刚石微粉的案例。

优点：
1、在加工工艺得以良好实现的前提下，某些摩擦条件下（例如砂浆流体的冲击摩擦）的使用寿命可获得提高；
2、某些材料及牌号价格较低，对成本影响不大

缺点：
1、加工要求高：一般添加前需要使用合适的偶联剂对粉体材料进行处理，偶联剂是添加剂与基材之
的“桥梁”，“桥梁”的牢固与否，直接关系到最终制品的质量。若偶联剂选择不当或处理不好将很难实现预期效果；
2、改变制品硬度：需要引入其他材料调整硬度。
3，材料的选型及加工工艺不容易掌握：以氧化铝为例，较粗粒径的粉体会影响制品的外观及手感，较细粒径的粉体容易团聚，这些问题都会导致效果达不到预期，或是造成制品的缺陷。
4，一些材料（例如金刚石）以及较细的如纳米级粉体成本过高。

二、降低制品的表面摩擦系数：
降低材料表面的摩擦系数可以提高材料的耐磨性，可以通过添加一些润滑剂来实现
典型材料包括：硅油类润滑剂、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉等，这些材料本身都具有低摩擦系数的特点，其中硅油属于液体润滑剂，石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯粉属于粉体润滑剂。

优点：
1、添加方便，如硅油类润滑剂本身是液体，在密炼开炼造粒等过程中均可添加；
2、在良好的加工工艺条件下，可较大幅度降低材料表面摩擦系数，以提高制品耐磨功效。
3、一般情况下添加量较低，添加量在2‰至2%；

缺点：
1、表面迁移：硅油类添加剂在放置过程中会往材料表面迁移，降低材料表面的摩擦系数，打磨后或经过一段时间使用后，会失去耐磨作用。也有将其他固体类润滑剂分散于制品摩擦面附近（添加层），这样仅提高摩擦面附近耐磨性能，当添加层消耗后，制品耐磨性能将大幅度下降；
2、添加量无法提高：对于粉体润滑材料，在需要体相分布的情况下，添加量小时，耐磨效果不大，添加量大时，影响材料强力性能，导致材料整体性能不合格，这几乎是所有粉体添加材料共同存在的问题；
3、分散性缺陷：试图提高添加量时，又需要寻求合适的偶联工艺处理材料，而自润滑材料往往性能稳定，这些工艺过程过于专业，即使可行效果又非常有限。

三、添加纤维材料

理想状态下，具有高模量、高强度的纤维分布在橡胶材料中，可对材料进行了增强的同时提高耐磨性。典型的材料为对位芳纶（芳纶1414，以下简称芳纶）短纤或浆粕.
芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。

优点：
1、耐磨性能提高程度高，
2、提高抗撕裂
3、某些情况下提高制品表面摩擦系数

缺点：
1、芳纶的添加工艺比较复杂，短纤和浆粕（特别是浆粕）存在缠绕的问题，将缠绕打开，以使其在材料中均匀分布是摆在人们面前的难题；
2、与橡胶相容性存在问题，需要使用一定工艺例如等离子、偶联剂或预浸胶对纤维进行处理才能提高纤维与橡胶的相容性，与所有处理方法类似，同样存在效果提高有限及时效性问题，并且进一步推高了使用成本；
3、提高添加量困难，即使添加量较小时，芳纶浆粕也会明显提高预聚体的粘度，导致后续加工困难；
4、价格高，芳纶材料本身价格就比较高。在2018年，因场需求旺盛、芳纶巨头杜邦公司的减产及国产芳纶还有待突破的几重因素的作用下，价格进一步提高。

通过以上论述可以看出，无论是添加的粉体或是增强的纤维，均存在与橡胶基材的相容性问题，如果这一问题得以妥善解决，可以实现至少3个突破：

1、拓宽添加材料的选择面，例如类似超高分子量聚乙烯粉体或者纤维这样的具有某些突出性能但本身惰性较强的材料也可纳入选择范围；
2、大幅度提高添加量，相容性的提高意味着粉体材料在基材中更加均匀的分布，不易团聚，简化了加工工艺；
3、因为相容性的提高，理想状态下分散相（添加剂）与连续相（橡胶）之间不存在缺陷，除提高特定性能外还能提高材料的其他综合性能。

13731456393 · 发表于 2019-3-6 13:28:46

你知道的太多了，摩擦助剂的行家里手！学习了。

心雨 · 发表于 2019-3-6 13:34:05

学习了

之见 · 发表于 2019-3-6 13:53:14

昨天我删的，今天给你点赞！

feridy · 发表于 2019-3-6 14:59:58

之见发表于 2019-3-6 13:53
. {7 m5 E/ r8 B( _& M. {2 ~8 \7 m) n1 z昨天我删的，今天给你点赞！

版主威武

jiniankang · 发表于 2019-3-6 16:05:53

碳纳米管、石墨烯、短纤在橡胶中的应用都面临同样的问题：分散不良，如何做好表面处理或者找到比较合适的偶联剂，本人更倾向于像白碳黑一样找到一种适合的偶联剂，才能更好的推广应用。

feridy · 发表于 2019-3-6 16:13:14

jiniankang 发表于 2019-3-6 16:05
/ n3 Q8 d/ n) ^6 v1 z+ I5 Q# A' w6 R碳纳米管、石墨烯、短纤在橡胶中的应用都面临同样的问题：分散不良，如何做好表面处理或者找到比较合适的 ...

好像是熟人呀，我们把UHMWPE、芳纶粉和短切都进行表面处理了，抽空试试看。

13731456393 · 发表于 2019-3-6 16:55:18

feridy 发表于 2019-3-6 16:137 e/ [; m; \% L, b' S7 t
好像是熟人呀，我们把UHMWPE、芳纶粉和短切都进行表面处理了，抽空试试看。

请问楼主有碳纳米管在橡胶蠕变性能上应用的数据吗？

GYJG · 发表于 2019-3-6 21:29:57

楼主请将超高分子量聚乙烯短纤维的技术参数发给我。

feridy · 发表于 2019-3-6 22:32:28

13731456393 发表于 2019-3-6 16:557 [7 ?" h3 W& J% C
请问楼主有碳纳米管在橡胶蠕变性能上应用的数据吗？

碳纳米管只是前期做了一些改善分散性的实验，有些效果，但在橡胶中的应用数据还没有

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