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耐磨橡胶板配方的研究
+ B- z# g7 {4 B, r; q7 Y1 [8 P* m" Y N) u" S# \9 R+ V- H
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。 r4 ?8 w! j; A) h( R- N0 v; B/ {
1 实验部分' r+ V, R! S0 C
1.1 原材料
; D, M! a% z) ]! nNR: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。: T* \% e! a8 U; z; o
1.2 仪器及设备, K. G/ C4 H; m* Q5 g. |& w
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。9 `: U/ @$ M. M% T Q
1.3 性能测试
2 @5 p2 d& R9 {- b' s (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。
! Q8 `- t$ H7 { (2)阿克隆磨耗按GB/T1689-1998测定; g. A+ z0 g; l! Q4 ~ F; q* Q
(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%。+ q% Z0 U& T* y& U0 u
2 结果与讨论8 Y0 A' [2 q% q0 K' ~( h
2.1 NR/BR并用比对耐磨等性能的影响
- S0 a1 M# S+ T P 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。
9 t2 h; I0 `' F' n/ F( e 表1 NR/BR并用比对性能的影响1)
7 H. S, b# u8 Q0 ]& X性能指标 NR/BR" b( z: `8 `! `" b7 p4 S
0/100 70/30 50/50 30/700 d/ X A' Q5 h" Y* a: |$ c
硬度(邵A) 74 75 74 74/ i) J9 I8 x2 l& a% M w
100%定伸应力/MPa 4.5 4.1 4.0 4.2
8 s: c9 m U6 Z( S200%定伸应力/MPa - 11.5 9.7 10.72 g6 \/ q; M( \1 U t4 \
300%定伸应力/MPa - - 16.1 17.4! ^; S6 m% H7 e, q& x
扯断强度/MPa 12.3 17.4 19.1 21.0
+ e9 b7 P& z5 G! [0 b扯断伸长率/% 209 297 355 377
: ?4 _$ z4 `! c7 [$ P2 _3 G' D" [压缩水久变形(100℃×22 h)/% 26.1 29.0 32.9 34.4* R$ f- W& i# f# \2 H6 j6 f
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 0.0022 0.0122 0.0355 0.0724( p. }! B1 w) _: b2 ~& m/ _
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。
# x ^" A' f7 E0 D/ B 2.2 硫化体系的选择
- A* ?2 z) n) M 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。/ H, o7 O: ]( y! z5 M: T$ U
表2 硫化体系对硫化胶性能的影响1)2 w3 Q7 Q0 J: [4 @( ~ w( R
性能指标 S/TT9 c X- ]' M1 b) }2 o
0.5/1.5 0.8/0.6 1.0/0.5 1.5/0.2
' C {( Z6 f4 n/ f" J2 v, G4 V硬度(邵A) 74 73 74 75
0 h- ]4 U1 a: A100%定伸应力/MPa 5.1 4.1 4.0 5.1+ v4 D x/ \9 ]) v! R) w/ ~
300%定伸应力/MPa 15.3 15.7 16.1 17.4
0 D. `. X" H4 `扯断强度/MPa 16.3 20.0 19.1 19.6/ D. O6 g: i Y' {4 ^
扯断伸长率/% 312 386 355 335
1 D$ n1 W$ {- \. v压缩永久变形(100℃×22 h)/% 19.0 29.3 32.94 42.2, ^( i; B: T: r" l4 n. C4 A
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 0.0447 0.0487 0.0355 0.0357
5 E6 K# o1 }% V/ P) K% M/ E4 u 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。
- v( I# w a) T8 D# j8 o 2.3 炭黑用量对胶料性能的影响3 Z7 w2 q' a% d5 H% R
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。: y- I; s) T- k$ y
表3 炭黑用量对性能的影响1)9 H; j0 f( Y7 z1 m& y
性能指标 炭黑用量/份& l9 r' a6 ~; w9 M# A
60 65 70 80: z* A/ h! k. z6 Q D
硬度(邵A) 74 77 81 85/ T4 f1 o4 ^. j9 l- e
100%定伸应力/MPa 4.0 4.9 6.3 11.2
L( v* }9 [% q300%定伸应力/MPa 16.1 17.8 - -
" p9 G3 t# A. [5 i! v" d扯断强度/MPa 19.1 21.2 19.5 16.56 d9 z/ T) w2 h
扯断伸长率/% 355 328 287 223% `' t, E, i1 u" I
压缩永久变形(100℃×24 h)/% 32.9 35.0 38.9 40.41 b* A- q6 w$ u" D4 F
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 0.0355 0.0286 0.0234 0.00868 Z$ |" Q5 X: \2 b* P7 k
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。
4 m+ f* `& i$ G 2.4 减磨剂的用量对胶料性能的影响
- J1 ] K/ s- q. ^4 f- H8 d* Z 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。
2 ?6 e6 x" l( Z5 M& m+ z6 j 表4 二硫化钼用量对胶料性能的影响1)+ o5 Q* b8 d( l# j1 I1 O7 V0 c9 }
性能指标 二硫化钼用量(份)
) p3 Z) }! Y& S( P - 3 6 9
2 P5 N: J: I, ?$ x$ y3 w1 r硬度(邵A) 77 77 78 78$ s3 [0 Y; @% ]. Q+ E
100%定伸应力/MPa 4.9 5.1 5.3 5.6
: Z- I: w$ Q4 h+ L* d( M300%定伸应力,/MPa 17.8 18.9 18.7 18.4
, k6 Q# J3 u8 `# ]扯断强度/MPa 21.2 23.3 23.0 22.83 D* Z' n9 p' ^0 X- E e# K3 w
扯断伸长率/% 328 325 321 3246 b! }% f' z4 D* V0 G) W) L
压缩永久变形(100℃×24 h)/% 0.0286 0.0457 0.0644 0.08814 V, H# X/ x/ q! Z: _" X
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1] 35.0 38.6 39.1 39.0
2 h9 q( V3 p& X) c( T 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
5 [9 [% }( R0 k' \+ d% y' t 2.5 应用试验0 {( M6 n/ C* K; Q
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。! T! [' a4 [5 j( S, I9 o* `
3 结论
; |& }+ k2 t N5 a/ M: E% u (1)NR/BR并用比在50/50时可获得综合性能较好的胶料。: b& I2 u& w7 a$ R# S
(2)二种硫化体系中S/T/CZ最佳用量为1.0/0.5/1.5。
V$ S. W; q [% E (3)HAF最佳用量为65份。
3 j# h) G; J; D) }" h$ C5 f (4)使用二硫化钼不能减小该体系的磨耗量。
1 S& t4 G; s' y) J, h/ l7 r |
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