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對于高耐磨耗要求,首先在膠種的選擇上來作調整,選擇一款耐磨性高的橡膠會很大程度解決問題。
聚氨酯橡膠是所有橡膠中耐磨耗性最好的一種,聚氨酯橡膠的耐磨性比其他橡膠高10倍以上,常溫下具有優異的耐磨性,但在高溫下它的耐磨性會急劇下降。在通用的二烯類橡膠中,順丁橡膠的耐磨耗性最好。從結構上分析,主要原因是它的分子鏈柔順性好、彈性高、玻璃化溫度較低(-95~105℃)。硫化膠耐磨耗性一般隨生膠的玻璃化溫度(Tg)的降低而提高。順丁橡膠硫化膠的耐磨耗性隨順式鏈節(1,4-結構)含量的增加而提高。用順丁橡膠制作的輪胎胎面膠,在良好路面和正常的氣溫下,耐磨耗性比丁苯橡膠和天然/順丁并用膠高30%~50%。順丁橡膠的相對耐磨性,隨輪胎使用條件苛刻程度的提高而明顯增加,這是由于在此條件下,順丁橡膠的磨耗基本上屬于疲勞磨耗,而此時天然橡膠和丁苯橡膠則以卷曲磨耗為主。在道路平直、氣溫較高而使用條件不苛刻的情況下,順丁橡膠胎面膠的耐磨耗性,與丁苯橡膠胎面膠相近。順丁橡膠用作胎面膠的主要缺點是抗掉塊能力低,因此實際應用中經常與天然橡膠、丁苯橡膠并用。當順丁橡膠在并用膠中的并用比例增加到60%時,并用膠的耐磨耗性增加。但是順丁橡膠的工藝性能不好,因此其并用比例通常不超過50%。
丁苯橡膠的耐磨耗性,隨分子量的增加而提高。溶聚丁苯橡膠的耐磨耗性優于乳聚丁苯橡膠。用于輪胎胎面膠的丁苯橡膠在苛刻的使用條件下,不充油的SBR-1500比充油37.5份的SBR-1712的耐磨耗性提高5%~10%;但在苛刻的條件下,特別是在高溫時,則不如SBR-1712。
天然橡膠的耐磨耗性不如順丁橡膠和丁苯橡膠,但卻優于合成的異戊橡膠。
丁腈橡膠硫化膠的耐磨耗性比異戊橡膠要好,其耐磨耗性隨丙烯腈含量增加而提高。羧基丁腈膠耐磨性較好。
乙丙橡膠硫化膠的耐磨性和丁苯橡膠相當。隨生膠門尼黏度的提高,其耐磨耗性也隨之提高。第三單體為1,4-己二烯的EPDM,耐磨性比亞乙基降冰片烯和雙環戊二烯為第三單體的EPDM好。
丁基橡膠硫化膠的耐磨耗性,在20℃時和異戊橡膠相近;但當溫度升至100℃時,耐磨耗性則急劇降低。丁基橡膠采用高溫混煉時,其硫化膠的耐磨耗性顯著提高。
設計合適硫化體系,適當提高交聯密度,硫化膠的耐磨耗性隨交聯密度的增加有一個最佳值。耐磨耗性達到最佳狀態時,最佳硫黃的用量與炭黑的結構度有關,隨炭黑用量增大、結構性提高而降低。在提高炭黑的用量和結構度時,由炭黑所提供的剛度就會增加。因此保持剛度的最佳值,就必須降低由硫化體系所提供的剛性部分,即適當地降低交聯密度或硫化程度。
交聯鍵類型的影響橡膠的耐磨性。一般硫黃+促進劑CZ體系的耐磨耗性較好。以DTDM+硫黃(低于1.0份)+促進劑NOBS體系硫化的硫化膠耐磨耗性和其他力學性能都比較好。輪胎實際使用試驗表明,硫化膠生成單硫鍵可提高輪胎在光滑路面上的耐磨耗性。
填充補強劑的品種、用量和分散程度對橡膠的耐磨性有很大的影響。通常隨炭黑粒徑減小,比表面積、表面活性和分散性的增加,橡膠的耐磨耗性提高。
炭黑的用量與硫化膠耐磨性的關系曲線有一個最佳值,各種橡膠的最佳填充量,按下列順序增大:NR<IR<不充油SBR<充油SBR<BR。天然橡膠中的最佳用量為45~50份;異戊橡膠和非充油丁苯橡膠中為50~55份;充油丁苯橡膠中為60~70份;順丁橡膠中為90~100份。一般用作胎面膠的炭黑最佳用量,隨輪胎使用條件的苛刻程度提高而增大。
填充新工藝炭黑的硫化膠耐磨耗性比普通炭黑的耐磨耗性提高5%。用硅烷偶聯處理的白炭黑也可以提高硫化膠的耐磨耗性。
盡可能不用或減少軟化劑的用量,通常在膠料中加入軟化增塑劑能降低硫化膠的耐磨耗性。充油丁苯橡膠(SBR-1712)硫化膠的磨耗量比SBR-1500高1~2倍。在天然橡膠和丁苯橡膠中采用芳烴油,對耐磨耗性損失影響較小。
在疲勞磨耗的條件下,膠料中添加防老劑改進耐熱、耐疲勞破壞的性能,能有效地改進耐磨性。通過輪胎的實際使用試驗證明,防老劑能提高輪胎在光滑路面上的耐磨耗性。防老劑最好采用能防止疲勞老化的品種。具有優異的防臭老化的對苯二胺類防老劑,效果突出。防老劑D對NR的防止疲勞老化有一定的效果;但對SBR則無效。在SBR中,選用防老劑IPPO對其疲勞老化有防護效果。
- TPV/TPE業務助理
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