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轮胎橡胶材料的摩擦性能及其试验方法

发布时间:2016-2-14 19:37:6  浏览:

橡胶材料被广泛应用于国民经济的各个领域,国民经济对橡胶的大量需求及橡胶自然资源的匮乏迫切需要我们研发出更高性能的橡胶材料。

摩擦性能是橡胶诸性能中的一个非常重要的指标。早期人们就发现橡胶的摩擦性能决定着轮胎对地面的防滑能力;同时,摩擦性能还关系着橡胶制品的损耗与疲劳、动态生热与寿命、减震制品的阻尼等等,节能降耗也与摩擦性能戚戚相关。

关于轮胎橡胶的耐磨性能检测,我们为大家推荐恒宇仪器的HY-766DIN磨耗试验机,DIN磨耗试验机适用于聚酯鞋底,成鞋鞋底及聚合物片状材料的耐磨性能测试,在磨耗轮转动的情形下,试样在一定砂度的砂纸进行磨擦而产生磨耗量,从而评估其磨耗性能,具有高性能。良好再现性和操作容易之特征。

DIN磨耗试验机

1、橡胶摩擦的基本理论研究

1.1摩擦机理的发展

“摩擦与表观接触面积无关”是达芬奇最早发现的基本定律,被称为摩擦学第一定律;“摩擦力与负荷成正比”是摩擦学第二定律。这些都是橡胶摩擦的基本定律。随后,库伦区别了静摩擦与动摩擦,并指出“动摩擦与滑动速度无关”,被称为摩擦第三定律。这三条著名的摩擦力定律作为公理沿用至今。而微观摩擦学的出现提供了新的思维方式和研究模式,标志着摩擦学进入了一个新阶段。

1.2橡胶摩擦磨损机理的分类

橡胶的摩擦磨损主要可以分为:粘着磨损(adhesive wear)、磨粒磨损(abrasive wear)、疲劳磨损(fatigue wear),以及摩擦中的化学反应(tribo-chemical reaction)四种。在实际摩擦磨损过程中,几种磨损机理会同时发生。

粘着磨损是在正常载荷的作用下,由于粘着力的形成而使聚合物转移到对偶面的现象。磨粒磨损是由于对偶表面的粗糙不平或磨粒夹在摩擦面之间以及两种情况并存使摩擦面切削而引起磨损脱落。橡胶摩擦学研究中,交联密度、球晶尺寸和分子链结构、环境温度都会影响摩擦系数,摩擦速率、载荷、表面形貌及粗糙度都会作用于摩擦系数。

 

2、影响橡胶摩擦的因素

橡胶为高弹性材料,在剪切力的作用下,并没有一个极限的屈服强度,因而形变会影响到整个材料。材料表面的剪切力除使橡胶表面发生形变外,也使材料内部发生形变,这是橡胶材料独有的特点。因此,橡胶材料摩擦时,不只是抵抗表面的摩擦阻力会消耗能量,材料内部的黏弹性也会造成能量损耗。

 

因此,摩擦性能的影响因素有橡胶本身的微观结构、橡胶的物理力学性能、环境温度和摩擦表面粗糙度、载荷的影响、滑行速率的影响、润滑介质以及溶胀作用等。

(1)橡胶本身的微观结构与摩擦的关系。橡胶材料本身存在自由体积大、分子间的作用力弱和结晶能力较差等特性,其微观结构影响到橡胶的模量以及内部大分子的运动能力,因而影响摩擦行为。

 

(2)物理性能对橡胶摩擦的直接影响。硬度过高的橡胶,摩擦会加大对偶件表面的损伤。

低模量、高弹性的橡胶自身力学性能对摩擦性能影响较大。干摩擦、滑动、滚动等条件下,橡胶的摩擦系数、磨耗与损耗因子成正比,而与硬度成反比的结论。增加橡胶的总表面自由能,能使摩擦系数增加。

(3)橡胶的填充改性也会改变其摩擦行为及性能。聚酰胺纤维对短纤维补强橡胶(SFRR)的补强以及芳纶短纤维增强天然橡胶的研究发现,沿纤维取向方向的摩擦的磨损率最大;当加入一定的MoS2在橡胶表面形成润滑时,摩擦系数大幅降低。

(4)环境温度是影响橡胶摩擦的重要参数之一。温度能够使橡胶的结构运动发生变化,温度升高,橡胶弹性模量降低,橡胶的摩擦系数先升后降;温度升高,橡胶弹性模量下降,磨损斑纹间距增大。温度较高时,橡胶疲劳寿命缩短。以摩擦因数的峰值对应的温度与滑动速率的函数作图,峰值的温度随着橡胶滑动速率的加快而增大,说明橡胶的摩擦现象及其微观行为可以用时温等效原理来分析和模拟。

(5)橡胶与摩擦副发生摩擦时,载荷的大小对摩擦性能也有影响。载荷较低时,摩擦主要表现为滞后摩擦,在磨损表面上能够发现明显的拉伸迹象;而载荷较高时,以粘着摩擦为主,磨损表面发生细微化的结构变化。丁腈橡胶对湿煤粉的摩擦表现时发现,载荷愈增加,磨损愈严重。

(6)滑行速率与橡胶摩擦系数有密切关系。与其他材料的摩擦不同,橡胶摩擦系数随着滑动速率的增大而线性增大;而当相对速率大于一定的值时,摩擦系数和磨耗都迅速下降。

(7)润滑介质和溶胀作用对摩擦系数有很大的影响。橡胶表面沉积钛、钨、锆等金属层时,摩擦接触面积降低,摩擦力明显减小。

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