第18卷第5期高分子材料科学与工程V o l.18,No.5 2002年9月POLYM ER M ATERIALS SCIENCE AN D EN GIN EERING Sept.2002橡胶摩擦磨损特性的研究进展
吕仁国,李同生,刘旭军
(中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000)
摘要:综述了近年来橡胶材料摩擦学的研究进展,论述了橡胶摩擦磨损的特点,讨论了影响橡胶摩擦学性能的各种因素,诸如物理力学性能、温度、溶胀、改性等。并针对橡胶摩擦磨损的研究现状及其发展前景,提出了今后值得重视的研究发展方向。
关键词:橡胶;摩擦磨损;影响因素
中图分类号:O631.2+1 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2002)05-0012-04
橡胶是非常重要且用量很大的工业材料之一,据不完全统计,2000年我国橡胶总消耗量将达220万吨,摩擦学性能是橡胶制品的一项非常重要的指标,例如橡胶轮胎的耐磨性能、刹车性能和行车效率、密封件的耐磨性等[1]。提高橡胶制品的耐磨性和使用寿命,可以在节约能源、材料、润滑剂等方面带来相当可观的经济效益和社会效益。因此,许多学者对此产生兴趣[2],橡胶摩擦磨损研究成为当今材料摩擦学研究的热点之一。
本文概括了近年来国内外橡胶摩擦磨损的研究进展,重点对橡胶摩擦磨损的特点和影响因素进行论述,并提出今后值得重视的研究发展方向。
1 橡胶摩擦的特点
橡胶是一种弹性模量很低、粘弹性很高的材料,因此橡胶的摩擦具有不同于金属和一般聚合物的特征。橡胶与刚性表面在滑动接触界面上的相互作用力包括粘着和滞后两项,而其摩擦力也正是由这两部分组成[3]:
F=F a+F h(1)式中,F a——粘着摩擦力;F h——滞后摩擦力。
粘着摩擦起因于橡胶与对偶面之间粘着的不断形成和破坏[4],滞后摩擦则是由表面微凸体使滑动橡胶块产生周期性变形过程中能量的耗散引起的[5]。
当橡胶在坚硬光滑的表面上滑动时,摩擦力主要表现为粘着摩擦,根据弹性体摩擦的粘着理论,可以得出粘着摩擦力F a为[6]:
F a=K1S(E′/p V)ta n W (V<1)(2)式中,K1——常数;S——滑动界面的有效剪切强度;p——正压力;E′——储能模量;tan W——损耗角正切(粘弹性参数)。显然,橡胶的粘着摩擦与材料的损耗角正切ta n W成正比。
润滑剂的存在可以阻止橡胶与对偶间的直接接触,使粘着摩擦成分大大降低,滞后摩擦起主要作用。根据弹性体滞后摩擦的松弛理论,可得出滞后摩擦力为[6]:
F h=K2(p/E′)n tan W (n≥1)(3)式中,K2为与几何形状因子有关的常数。滞后摩擦力也与ta n W成正比,所不同的是,滞后摩擦力与变形程度因子(p/E′)n成正比。由此,橡胶的摩擦力可表示为:
F=[K1S(E′/p V)+K2(p/E′)n]tan W(4)
2 橡胶磨损的特点
金属和塑料磨损表面的特征是磨痕与摩擦方向平行,而橡胶磨损表面的磨痕却垂直于摩擦方向,并且,磨痕在橡胶表面形成山脊状突
收稿日期:2000-10-18;修订日期:2001-02-20 作者简介:吕仁国,男,24岁,硕士生.
起,突起之间间距相等,高度相同,形成所谓的磨损斑纹[7]。
磨损斑纹的形成和相关磨损过程的研究,最初是通过针模型和刀片模型来实现的。在通过针或刀片施加的法向力和切向力的重复作用下,橡胶磨损表现为表面周期性撕裂导致舌状物生成和拉伸应力导致舌状物根部断裂两个过程,从而使橡胶表面逐渐磨损并形成顶部尖锐的山脊状磨损斑纹。
早期的研究人员认为磨损斑纹的形成只是起因于一种简单机械作用的裂纹生长过程[8]。但是,Fukahori和Yamazaki[9,10]的研究表明,粘滑振动和微振是产生周期性磨损斑纹的驱动力。微振使微观斑纹萌生,而粘滑振动使斑纹间距扩展,初始阶段的斑纹间距等于平均滑动速度与橡胶固有频率之比,而最终斑纹间距等于平均滑动速度与粘滑运动频率之比。并且粘滑振动和微振所形成磨屑的尺寸不同:微振产生10μm量级的磨屑,而粘滑振动产生几百μm 的磨屑。
当侵蚀磨损发生时,对于非填充的弹性体, 30°冲击角的抗侵蚀性能最大,是法向冲击下的10倍,此时可在高回弹性橡胶表面观察到垂直于冲蚀方向的山脊状突纹[11]。不同橡胶的侵蚀率差别很大,这种差别与橡胶的回弹性密切相关,回弹性越高,抗磨粒侵蚀性越好。Arnold 等[12]认为,低冲击角下的侵蚀磨损机理与磨粒磨损非常相似,在侵蚀的初始阶段,也会在磨损表面形成一系列与冲击方向垂直的磨损斑纹。高冲击角下粒子冲击所引起的表面张应力导致摩擦力增大,促使表面裂纹不断扩展、相交,加速材料的移去。
橡胶在侵蚀磨损过程中,因机械作用产生的表面力化学效应,主要有以下四种:分子链断裂、氧化降解、水解、热降解。何仁洋[13,14]用X 射线光电子能谱(X PS)和傅立叶表面红外分析(FT-lR)方法,对橡胶磨粒侵蚀过程中的表面力化学效应进行了详细的研究,认为天然橡胶(N R)在含石英砂的清水、聚丙烯酰胺溶液、氢氧化钠溶液中的表面力化学效应为分子链断裂和氧化降解;丁腈橡胶(N BR)主要是分子链断裂、氧化降解和水解;氟橡胶(FPM)在清水、聚丙烯酰胺溶液中为分子链断裂,在氢氧化钠溶液中为氧化降解;聚氨酯(PU)则4种作用共存。
3 影响橡胶摩擦磨损性能的因素
3.1 橡胶的物理力学性能
由于高弹性、低模量的特点,橡胶的摩擦磨损性能受自身物理力学性能的影响较大。橡胶的硬度较小,与刚性物体接触时,真实接触面积较大,而真实接触面积的大小是决定摩擦的重要因素,因此,橡胶的硬度对其摩擦性能的影响较大[15]。
橡胶的粘弹性参数tan W对摩擦力有直接的影响,而橡胶交联度的降低,使tan W增大,因此摩擦力增大,摩擦系数和磨损也随之增大[16]。从物理化学的角度来看,交联越弱,磨损率越高,是由于较低程度的交联易被机械应力破坏的缘故。研究发现[17],电子束辐照导致乙丙三元橡胶的交联度增加,使得摩擦降低。
橡胶表面自由能的高低决定了橡胶与对偶间相互作用力的大小,进而对橡胶的粘着摩擦产生影响。一般而言,摩擦系数随表面自由能的增加而增大[18]。
3.2 橡胶的改性
对橡胶进行填充改性时,在改变橡胶的物理力学性能的同时,也改变了橡胶的摩擦学性能。研究单轴定向聚酰胺纤维增强的氯丁橡胶(SFRR)[19]和芳纶短纤维增强的天然橡胶[20]时,发现材料的摩擦学行为与滑动方向密切相关,沿垂直于纤维取向方向摩擦时,磨损率最低,沿纤维取向摩擦时,磨损最大。在抗油性的丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶中,加入润滑剂(如有机硅油、Mo S2等)后,发现Mo S2可在橡胶表面形成一润滑层,能降低表面能和滞后效应,进而使摩擦系数显著降低[21]。
利用自身离子辅助离子镀,在橡胶表面沉积一层铜、钛、钨、锆等金属,能有效降低橡胶与对偶间的真实接触面积,显著降低摩擦力[22]。氯化也可降低橡胶的摩擦系数及其对滑动速度和温度的依赖性[23]。
3.3 环境温度
橡胶的摩擦与粘弹性参数tan W和弹性模量有直接关系(如式4),弹性模量随温度的升高而降低,tan W则随温度的升高先上升后下降
13
第5期吕仁国等:橡胶摩擦磨损特性的研究进展
(极值点温度低于0℃)[24],因此,摩擦系数随温度的升高先上升后下降,极值点与ta n W的极值点和弹性模量随温度升高而降低的速率有关。
随温度的升高,橡胶的弹性模量下降,磨损斑纹间距增大[25]。高温条件下,由于橡胶老化严重,撕裂强度降低,使得磨损率显著增加,并且磨损率呈周期性大范围变化[26]。
3.4 润滑介质
润滑剂的存在可阻止橡胶与对偶面的直接接触,粘着摩擦明显降低,橡胶磨粒磨损的斑纹间距减小,磨损率也显著降低[27]。但在选用润滑剂时,必须考虑它对橡胶的溶胀作用,以及高温油润滑所导致的橡胶的化学降解或热降解,否则可能会加剧磨损。
在水(或水溶液)润滑条件下,随对偶的不同,水对橡胶和对偶的摩擦磨损性能的影响也不同。当对偶为惰性物质(如玻璃)时,水层可以起到非常好的润滑作用,摩擦系数随润滑膜膜厚的增加而降低[28]。当对偶较活泼时(如钢),橡胶几乎无磨损,而对偶的磨损则比干摩擦时大得多[29]。
3.5 溶胀作用
橡胶对有机溶剂及润滑剂的溶胀作用比较敏感。一般情况下,溶胀会破坏橡胶的交联体系,引起橡胶的硬度、撕裂强度等力学性能降低,导致磨损的增大[30]。Thav amani等[25,31]用扫描电子显微镜(SEM)研究了硫化天然橡胶、丁苯橡胶、氢化丁腈橡胶在不同条件下的磨损机理,发现当法向载荷较小时,无典型的磨损斑纹出现,但橡胶在甲苯或二甲基甲酰胺中溶胀后,在其磨损表面可以观察到明显的磨损斑纹。这是因为橡胶溶胀后,其抗撕裂性能大大下降,弹性模量明显降低,因而与溶胀前相比,磨损斑纹间距变大。
对于一些有活泼官能团的橡胶(如NBR、HN BR),可利用其化学活性较高的特点,使之与某种溶剂反应,在橡胶表面形成一层化学反应膜来改善橡胶的摩擦学性能[21]。Bielinski[32]利用碘溶液的溶胀作用对丁腈橡胶进行了改性,改性后的NBR和HN BR的摩擦系数明显降低。X PS分析表明碘与橡胶表面的氰基结合形成一层薄而硬的改性层,此改性层具有降低摩擦的作用。然而,过度溶胀会使橡胶形成较厚改性层,因其与弹性本体的结合性较差,反而会导致摩擦增大,加剧磨损。
3.6 其它因素
速度、载荷等因素都会对橡胶的摩擦磨损产生影响[1]。一般而言,橡胶的摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小,过大的载荷和滑动速度都会引起试样生热和表面的破坏。
4 结束语
本文综述了橡胶的摩擦磨损特性及其影响因素。应当指出,在橡胶的实际应用中,往往经受多个因素的同时或交替作用,而各因素之间又可能是相互影响、相互制约、相互转化的,这就更增加了研究工作的难度。橡胶作为一种极其重要的工程材料,必须对其进行更加深入、系统的研究。今后,对橡胶摩擦学的研究,应着重在以下几个方面:
(1)深入研究橡胶减摩、降磨的作用机理。
(2)研究橡胶与对偶间摩擦物理及摩擦化学效应,以及两种效应之间的关系。
(3)开展橡胶磨损图的研究,确定橡胶材料在各种实际工况中的摩擦磨损机制。
(4)合成具有良好摩擦学性能的新型橡胶,探讨常用橡胶的摩擦学改性方法。
参考文献
[1] 王贵一(W ANG Gui-yi).特种橡胶制品(Special Pur-
pos e Rub ber Products),2000,21(3):55～62.
[2] Zh ang S W.Tribolog y In ternational,1998,31(1～3):
49～60.
[3] M oore D F.黄文治等译(Tran s by HUANG W en-z hi,
et al).摩擦学原理和应用(Principles and Appliction of
Tribology).北京:机械工业出版社(Beij ing:M achin-
ery Indu stry Press),1982:39.
[4] Persson B N J.Su rface Science,1998,401:445～454.
[5] Heinrich G.Rubber Ch em.Technol.,1997,70:1～
14.
[6] M oo re D F(ed.).Th e Friction of Pneumatic Tyres.
New York:Els evier Scientific,1975: 4.
[7] Pulford C T R.Rubber Ch em.Tcch nol.,1985,58:
653～661.
[8] Gent A N.Rubber Ch em.Technol.,1989,62:750～
756.
[9] Fukahori Y,Yamazaki H.Wear,1994,171:195～
202.
14高分子材料科学与工程2002年
[10] Fukahori Y,Yamazaki H.W ear,1994,178:109～
116.
[11] Hutchings I M ,Deuchar D W T,M uh r A H.J .
M ater.Sci.,1987,22:4071～4076.
[12] Amold J C ,Huchings I M .W ear ,1990,138:33～46.[13] 何仁洋(HE Ren-yang ),张嗣伟(ZHANG Si-w ei),王
德国(W AN G De-guo ),等.摩擦学学报(J ou rnal of Tribology),1995,15(1):45～51.
[14] 何仁洋(HE Ren-yang ),张嗣伟(ZHANG Si-w ei),樊
启蕴(FAN Qi -yun ),等.摩擦学学报(Journal of Tri-bology ),1997,17(1):60
～66.[15] Hill D J T,Killeen M I,O ′Donnell J H,et al .Wear,
1997,208:155～160.
[16] Th avamani P,Bh ow mick A K.J .M ater.Sci.,1993,
28:1351～1359.
[17] M ajumder P S ,Bh ow mick A K .W ear ,1998,221:15
～23.
[18] M o ri K,Kan eda S,Kanae K,et a l .Rubber Ch em.
Tech nol.,1994,67:797～805.
[19] Wada N ,Uchiyama Y .W ear ,1993,162～164;930～
938.
[20] 郑元锁(ZHEN G Yuan-suo ),张文(ZHAN G W en ),
宋月贤(SONG Yue-xian ),等.高分子材料科学与工程(Polymer M aterials Science&Engineering),2000,16(4):92～95.
[21] Bielinski D ,Slus ars ki L ,J anczak K J ,et al .W ear ,
1993,169:257～263.
[22] Tashlykov I S,Kas perovich V I,Shad ruk hin M G,et
al .Surface and Coatings Tech nology,1999,116～119:848～852.
[23] Ex trand C W ,Gent A N ,Kaang S Y .Rubb er Chem .
Tech nol.,1991,64:108～117.
[24] Kawakam t S,M isaw a M ,
Hirakawa H.
Rubber
w orld,1988,198(5):30～38.
[25] Thav amani P,Bhow mick A K.Rubber Ch em.Tech -nol .,1992,65
:31～45.[26] Gent A N ,Nah C .Rubber Ch em .Techn ol .,1996,
69:819～833.
[27] Ch andras ek aran M ,Batch elor A W.W ear,1997,
211:35～43.
[28] Rich ards S C ,Robert A D .J .Ph ys .D :Appl .Ph ys .,
1992,25:
A 76
～A 80.[29] 何仁洋(HE Ren-yang),张嗣伟(ZHAN G Si-w ei).摩
擦学学报(Journal of Tribolog y),2000,20(3):232～235.
[30] W estbrook P A ,French R N .Rubber Chem .Tech -nol .,1999,72
:74～90.[31] Thav amani P,Khastgir D,Bh ow mick A K.J .M ater.
Sci.,1993,28:6318～6322.
[32] Bielinski D M ,Slusarski L,Affrossm an S,et al .J .
Appl .Polym .Sci .,1997,64(10):1927
～1936.ADVA NCES I N STUDY ON FRICTION -WEAR OF RUBBERS
LU Ren-guo ,LI Tong -sheng ,LIU Xu-jun
(State Key Laboratory of Solid Lubrication ,Lanzhou Institute of Chemical
Physics ,Chinese Academy of Scienc es ,Lanzhou 730000,China )
ABSTRACT
:A survey of study on tribo logy of rubbers w as presented .Em phasis has been put on summarizing the characters of friction a nd w ear o f rubbers.The discussion of influence factors w ere carried out,such as mechanical pro perties of rubbers,temperature,sw elling effect,m odifi-catio n .M ore ov er ,to co unter the current situatio n and dev elo pment prospect o f the related re-search field ,some o f the directions in tribolog y of rubbers w ere pointed o ut in the summ ary .Keywords :rubber ;friction -w ear ;influence facto rs
15
第5期吕仁国等:橡胶摩擦磨损特性的研究进展
第一部分：橡胶基本常识 橡胶是通过提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。乳胶为橡胶的胶体状水分散体；液体橡胶为橡胶的低聚物，未硫化前一般为粘稠的液体；粉末橡胶是将乳胶加工成粉末状，以利配料和加工制作。20世纪60年代开发的热塑性橡胶，无需化学硫化，而采用热塑性塑料的加工方法成形。橡胶按使用又分为通用型和特种型两类。是绝缘体，不容易导电，但如果沾水或不同的温度的话，有可能变成导体。导电是关于物质内部分子或离子的电子的传导容易情况。 一、橡胶制品的用途，不同橡胶制品的优缺点介绍 1、天然橡胶 NR (Natural Rubber) 由橡胶树采集胶乳制成,是异戊二烯的聚合物.具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。在空气中易老化,遇热变粘,在矿物油或汽油中易膨胀和溶解,耐碱但不耐强酸。优点：弹性好，耐酸碱。缺点：不耐候，不耐油(可耐植物油) 是制作胶带、胶管、胶鞋的
原料，并适用于制作减震零件、在汽车刹车油、乙醇等带氢氧根的液体中使用的制品。 2、丁苯胶 SBR (Styrene Butadiene Copolymer) 丁二烯与苯乙烯之共聚合物，与天然胶比较，品质均匀，异物少，具有更好耐磨性及耐老化性，但机械强度则较弱，可与天然胶掺合使用。优点:低成本的非抗油性材质,良好的抗水性,硬度70 以下具良好弹力,高硬度时具较差的压缩性。缺点：不建议使用强酸、臭氧、油类、油酯和脂肪及大部份的碳氢化合物之中。广泛用于轮胎业、鞋业、布业及输送带行业等。 3、丁基橡胶 IIR (Butyl Rubber) 为异丁烯与少量异戊二烯聚合而成,因甲基的立体障碍分子的运动比其他聚合物少,故气体透过性较少,对热、日光、臭氧之抵抗性大,电器绝缘性佳；对极性容剂抵抗大,一般使用温度范围为-54-110 ℃。优点：对大部份一般气体具不渗透性,对阳光及臭气具良好的抵抗性可暴露于动物或植物油或是可气化的化学物中。缺点：不建议与石油溶剂，胶煤油和芳氢同时使用用于汽车轮胎的内胎、皮包、橡胶膏纸、窗框橡胶、蒸汽软管、耐热输送带等。4、氢化丁晴胶 HNBR (Hydrogenate Nitrile) 氢化丁晴胶为丁晴胶中经由氢化后去除部份双链，经氢化后其耐温性、耐候性比一般丁晴橡胶提高很多，耐油性与一般丁晴胶相近。一般使用温度范围为 -25~150 ℃。优点：较丁晴胶拥有较佳的抗磨性，具
硅橡胶阻尼材料 专业：11高分子 姓名：刘谢非 学号：C31114047
一．硅橡胶特点 硅橡胶是以—Si—O—Si—为主链，通过硅原子与有机基团组成侧链的高分子弹性体。侧基为有机基团。因其键角大、取向自由度大，柔顺性好，所以具有卓越的耐低温性能；因其键能大（422.5kJ／mol），所以耐高温性能好［1］。其玻璃化转变温度较低（-70~-140℃），室温附近其性能变化小，而硅氧键的结构使其在较宽的温度范围（-50~200℃）内力学性能较稳定 二．硅橡胶阻尼材料 1.阻尼材料 将固体机械振动能转变为热能而耗散的材料，主要用于振动和噪声控制。材料的阻尼性能可根据它耗散振动能的能力来衡量，评价阻尼大小的标准是阻尼系数。导弹、运载火箭和飞机在飞行时，由于发动机工作和气动噪声等原因，会引起严重的宽频带随机振动和噪声环境，还会激发结构和电子控制仪器系统众多的共振峰，使结构出现疲劳失效和动态失稳，使电子控制仪器精度降低以至发生故障。统计数字表明，火箭的地面和飞行试验故障约有三分之一与振动有关，而结构材料的阻尼性能不佳是造成这类故障的一个重要原因。为了提高结构的阻尼性能，可将结构材料和阻尼材料组合成复合材料，即由结构材料承受应力，阻尼材料产生阻尼作用，以达到控制振动和降低噪声的目的 2.高分子材料的阻尼原理 高聚物在交变应力的作用下，由于其特有的粘弹性，形变的变化落后于应力的变化，发生滞后现象，有一部分功以热或其他形式消耗掉。这样就形成阻尼。在玻璃化温度以下，高聚物在外力作用下的形变主要是由键长、键角的改变引起的小形变，即弹性形变，速度很快几乎完全跟得上应力的变化，因此阻尼小；在高弹态时，由于链段运动比较自由，内耗也小。在玻璃化转变区域向高弹态过渡时，当应力以适中的频率作用于高聚物，由于链段开始运动，而体系的粘度还很大，链段受到的摩擦阻力比较大，形变落后与应力变化，阻尼较大。通用型阻尼材料要求至少有60~80℃这样宽广的玻璃化转变温度，为了加宽玻璃化转变温度范围，可以在高聚物的侧链上引入大体积的苯基，或用阻尼系数高的聚合物作为基材，和另一种玻璃化温度与之相差几十度的聚合物共混、共聚，来达到扩大阻尼温度区域及满足其他需求的目的。
橡胶阻尼材料研究进展 摘要：在本文中，对近些年来的对橡胶阻尼材料的研究进了简单的介绍。经过大量经验得知，对于橡胶阻尼材料进行设计的主要原则是：尽量使有效阻尼温度的范围增大，增大其损耗模量以及滞后损失，减小其储存模量。为了对橡胶阻尼材料的减震性能进行提高，目前采用最广泛的方法是：材料结构改进、橡胶接枝和嵌段共聚以及橡胶与橡胶、纤维、塑料共混。 关键词：橡胶阻尼材料研究进展 前言： 机械在运转时会产生污染环境的震动以及噪声，同时这些危害的产生对于机械加工的密度以及精度也都会有影响，从而造成机械的使用寿命会缩短，机械结构会因疲劳而发生损坏。为了使这个问题得到解决，国内外的研究人员一直致力于增大机械系统或结构的能量损耗的研究。新的技术以及新的材料在阻尼减震的研究中不断被引用，由于高分子阻尼减震材料具有优异的性能而不断的在阻尼减震中得到应用。对于此种材料的应用，既可以有效的减低机械震动以及噪音，并且使机械产品的质量得到了保证。在汽车工业中，对于减震橡胶材料的使用，使得汽车的舒适性、安全性以及其稳定性都得到了大幅的提高。在本文中对橡胶阻尼材料以丙烯酸酯橡胶、聚氨酯为例的研究进展进行了简单的介绍。 一、橡胶材料的阻尼机理简介 橡胶材料之所以能够产生阻尼作用，这是由于其滞后现象。当橡胶出现拉伸-回缩这一循环变化时，会产生链段间的内摩擦阻力，为了要克服这种阻力就会产生内耗。 当橡胶处于玻璃态时其分子链段的运动能力几乎为零，模量很高，不能完成机械能转变成热能的耗散，能量的贮存形式是位能；分子链段的运动能力较高时，橡胶是处于高弹态，但是这个阶段对于机械能的吸收的能力是有限的，所以我们需要对一种转变区域进行确定，即在这个区域里，橡胶材料的模量较低，损耗因子较高，这样只要振动频率在要求范围内，分子基团间就能进行相互耦合，从而耗散振动能量。 此外，大量的专家学者定量研究了橡胶材料的阻尼机理。其中包括：阻尼性能与分子结构的定量关系研究、互穿聚合物网络的协同效应等等。有学者指出，在聚合物中，分子基团对于阻尼特性的增强的原因不仅仅在于其分子结构，还包括此分子的位置，基团贡献分子理论便诞生了。 二、橡胶阻尼材料 1、丙烯酸酯橡胶
摩擦衬片（衬块）的磨损特性计算 摩擦衬片（衬块）的磨损与摩擦副的材质、表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。 汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦衬片（衬块）的磨损亦愈严重。 制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。比能量耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为W/mm2 双轴汽车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为 式中：δ——汽车回转质量换算系数； ma——汽车总质量 v1 v2——汽车制动初速度与终速度，m/s；计算时轿车取v1= 100km/h（27.8m／s）；总质量 3.5吨以下的货车取vl=80km／h
（22.2m/s）；总质量3．5 t以上的货车取v1=65 km／h（18m／s）； t一制动时间，s;按下式计算 j一制动减速度，m/ s2计算时取j=0．6g； A1，A2一前、后制动器材特（衬块）的摩擦面积； β一制动力分配系数，见式（3-12） 在紧急制动到v2=0时，并可近似地认为δ=1，则有 鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8 W/mm2为宜，但当制动初速度油vl低于式(4-25)下面所规定的v1时，则允许略大于 1.8 W/mm2。轿车盘式制动器的比能量D 耗散率应不大于6．0 W/mm2发比能量耗散率过高，不仅会加快制动摩擦衬片（衬块）的磨损，而且可能引起制动鼓或盘的龟裂。 磨损特性指标也可用衬片（衬块）的比摩擦力即单位摩擦面积的摩擦力来衡量。单个车轮制动器的比摩擦力为 式（4－27）Tf中：Tf一单个制动器的制动力矩； R一制动鼓半径（或制动盘有效半径）
典型黑色金属磨损性能测试实验 史秋月 一、实验目的 1.了解M-2000型摩擦磨损试验机的结构，及材料进行耐磨性测试的意义； 2.掌握滑动摩擦、滚动摩擦及其在不同条件下（干式、湿式、磨粒等）的 实验方法； 3.掌握摩擦磨损性能指标的评估方法； 4.了解典型黑色金属灰铁和球铁在滑动摩擦条件下（干式）的耐磨情况。 二、实验设备 M-2000型摩擦磨损试验机，如图2-1 图2-1 三、实验材料 1.灰铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a） 2.球铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a） 四.实验原理与方法 将试样分别装在上下试样轴上，接通电源，双速电动机○1通过三角皮带○3齿12使下试样轴以200转/分（或400转/分）的速度转动；通过轮○4带动下试样轴○ 48的传递。使上试样轴○14以180转/分（或360转/ 47和齿轮○ 蜗杆轴○ 44，滑动齿轮○ 47分）的速度转动。当做滑动摩擦试验时，为使上试样轴不转动，应将滑动齿轮○ 46上。试验时，两试样间的压移至中间位置，齿轮○48必须用销子○22固定在摇摆头○ 19的作用下获得（弹簧中间是一重力传感器），负荷的增大或减少力负荷在弹簧○ 21上即可读出。也可将复合传感器接入25进行调整；负荷的数值从标尺○ 可用螺帽○ 电脑，从显示屏上读出，本实验载荷直接从显示屏上读出。试验的终止条件可由时间或总转速控制。试验结束之后根据不同的方法评估材料的耐磨情况。
五、实验内容 将加工好的滑动摩擦试样装在实验机上，在给定的条件下（干式、滑动摩擦、压力：200N、时间60min）进行试验，试验结束后将试样取下，评估耐磨性能。 根据所选取磨损试验方法的不同以及材料本质的差异，可以选择不同的耐磨性能评定方法，以期获得精确的试验数据，现简单例举下述几种方法以供参考。 1、称重法：采用试样在试验前后重量之差，本表示耐磨性能的方法，由于两试 样之间的摩擦所引起的磨损量，可以采用精度达万分之一的分析天平称量出试样试验前后重量之差非凡获得。试样在磨损前后必须严格进行去油污，烘干后再进行称量否则因残余的没污会影响试验数据的准确性。 计算可按下式进行： W=W0－W1 式中：W—试样的磨损量。 W0—试样在试验前的重量。 W1—试样在试验后的重量。 2、测量直径法：采用试样在试验前后直径的变化大小来表示耐磨性能的方法。 （1）用测微计（或其它测量仪器）测量试样试验前后的直径变化而获得。 （2）本试验机所带小滚轮○6可用来精确测量试样直径试验前后的变化。 测量方法：使用时首先将装有小滚轮○6的支架拆下来装在下试样轴轴承座的小轴（附图）上，在试验前后把试验机各开一分钟或下试样试验前后运转同样转数可得小滚轮转数N1和N2，由此通过下列计算可得到磨损量“S” 如果：D1—试样试验前的直径。 D2—试样试验后的直径。 D0小滚轮○6的直径。 N1—磨损前一分钟内小滚轮○6的转数。
1.3 、应用范围:主要用于制作耐油橡胶制品,广泛用于制造密封件、垫片、垫圈等模制品和压出制品,各种橡胶胶辊、耐油胶管、工业用品和粘合剂等等。 2. 羧基丁腈橡胶(XNBR 2.1 :基本特性: 2.1.1 硫化速度比丁腈胶快,易焦烧。 2.1.2 纯胶配合显示高的拉伸强度。 2.1.3 硫化胶的耐热性、耐磨性好。 2.1.4 与酚酫树脂相容性好。 2.2 、应用范围:主要用于胶管、密封件、垫圈、油封、各种模型制品和粘合剂等。
3 、丁腈橡胶 - 聚氯乙烯共混胶(NBR/PVC 3.1 、基本特性: 3.1.1 耐臭氧和耐天候老化性能比通常丁腈橡胶显著提高。 3.1.2 比通常丁腈橡胶提高了耐燃性。 3.1.3 耐磨耗、耐油性、耐化学药品等性能比通常丁腈橡胶有所改善。 2.1.4 提高了压出、压延工艺性能。 2.1.5 可任意着色制作艳色制品。 2.1.6 低温特性、弹性降低,压缩变形增大。 2.1.7 比通常的聚氯乙烯改善了低温特性、耐油性、伸长率等。 3.2 应用范围:主要用于电线电缆护套,油管和燃油管外层胶,皮辊和皮圈,汽车模压零件,微孔海绵,发泡绝热层,安全靴和防护涂层等。 4 、氢化丁腈橡胶(HNBR 4.1 、基本特性 4.1.1 氢化丁腈橡胶虽经氢化饱和,但仍然保持原丁腈的特性。具有拉伸结晶性,因而强度较高。 4.1.2 有良好的耐热和耐臭氧、耐天候老化性能以及耐化学酸碱性能。 4.1.3 良好的耐技术液体(包括含腐蚀添加物的油类的溶胀性能。 4.1.4 良好的机械性能,即使在温升条件下仍保持相当水平。 4.1.5 在极有害的条件下,有显著的耐磨耗性能。
硅橡胶的应用及发展前景 摘要：由于硅橡胶本身具有耐高低温、耐老化、透明度高、生理惰性、与人体组织和血液不粘连、生物适应性好、无毒、无味、不致癌等一系列优良的特性，所以硅橡胶在各个领域有着广泛的应用。本文简要介绍了硅橡胶的种类、不同制备方法的反应机理、最新的研究进展及其应用。 关键字：硅橡胶；应用；加成；缩合；氧化；分类 硅橡胶为一特种合成橡胶，它是由二甲基硅氧烷单体及其它有机硅单体，在酸或碱性催化剂作用下聚合成的一类线型高聚物(生胶)，经过混炼、硫化，可以相互交联成为橡胶弹性 体，其基本结构链，表示通式： 硅橡胶的性能特点如下： （1）物理机械性能：硅橡胶在室温下物理机械性能比其他橡胶低，但在150℃高温以上其物理机械性能高于其他橡胶，一般硅橡胶除弹性较好以外，拉伸强度、伸长率、撕裂强度都很差。 （2）耐高低温性能：硅橡胶可在-100℃-250℃长期使用，若适当配合的乙烯基硅橡胶可在250℃下工作数千小时，300℃下工作数百小时。热空气老化后仍能保持橡胶特性，低苯基硅橡胶的玻璃化转变温度为-140℃，其硫化胶在-70℃-100℃下仍具有弹性，硅橡胶可耐数千度的瞬时高温。 （3）优异的耐臭氧老化、热氧老化、光老化和气候老化性能：硅橡胶硫化胶在自由状态下室外暴晒数千年后性能无显著变化。 （4）优良的电绝缘性能：硅橡胶硫化胶在受潮、遇水和温度升高时的电绝缘性能变化很小。 （5）特殊的表面性能：硅橡胶是疏水的，对许多材料不粘可起隔离作用。 （6）优异的生理惰性：硅橡胶无水、无毒，对人体无不良影响，具有良好的生物医学性能。 （7）良好的透气性：硅橡胶的透气率较普通橡胶大数十至数百倍，而且对不同气体的
硅橡胶的特性 硅橡胶 硅橡胶的性能主要源于线型聚硅氧烷的化学结构，即由于主链由Si-O-Si键组成，具有优异的热氧化稳定性，耐候性以及良好的电性能。当生胶侧链中引入少量苯基，可改善橡胶的耐低温性能；引入γ-三氟丙基，可提高耐油、耐溶剂性能。主链中引入亚芳基可提高耐用辐照及机械性能等。此外硅橡胶以白炭黑及金属氧化物等作填料，以有机硅化合物（硅氧烷或硅烷）作结构控制剂，并使用特定的改性添加剂，过氧化物硫化剂以及配合成型工艺等。因而，硅橡胶不仅具有一系列不同于有机橡胶的特性，而且硅橡胶之间的性能也可有相当差异。 1、耐热性 硅橡胶在空气中的耐热性比有机橡胶好得多,在150℃下其物理机械性能基本不变,可半永久性使用,在200℃下可使用1000h以上;380℃下可短时间使用.因而硅橡胶广泛用作高温场合中使用的橡胶部件。 2、耐候性 硅橡胶主链中无不饱和键,加之Si-O-Si键对氧、臭氧及紫外线等十分稳定，因而无需任何添加剂，即具有优良的耐候性.在臭氧中发生电晕放电时，有机橡胶很快老化，而对硅橡胶则影响不严重.长时间暴露在紫外线及风雨中，其物理机械性能变化不大，经户外曝晒试验数十年，未发现裂纹或降解发黏等老化现象。 3、电气特性 硅橡胶具有优良的电绝缘性能，其体积电阻高达1×（1014～1016）?.cm,抗爬电性10～30min(特殊品级可达3.5kv/6h),抗电弧性80～100s(特殊品级可达到420s);表面电阻为(1～10) ×1012?.cm;导电品级可达1×（10-3～107）?.cm;介电损耗角正切(tgδ)小于10-3,介电常数2.7～3.3(50Hz/25℃),介电强度18～36KV/mm,而且在很宽的温度及频率范围内变化不大.甚至浸入水中后,电性能也很少降低,十分适合用作电绝缘材料.硅橡胶对高压下的电晕放电及电弧具有优良的阻尼作用。 4、压缩永久变形 压缩永久变形性是硅橡胶在高、低温条件下作垫圈使用时的重要性能.二甲基硅橡胶的压缩永久变形性较差，在150℃下压缩22h 后形变值高达60%左右.但是甲基乙烯基硅橡胶,特别是使用烷基系列过氧化物硫化的制品,具有优良的压缩永久变形性,其形变值
几种常用橡胶性能比较 天然橡胶（NR） 天然橡胶由三叶树采集制成的弹性体，机械强度高、耐磨、耐压、伸长率高、弹性高、滞后损失小，能耐多次屈挠弯曲变形，适合纸厂、木业、家具、涂布、输送等胶辊应用。本厂天然橡胶分别使用印度尼西亚、泰国和海南三种产地，硬度可以在邵氏3 0～10 0 ° A调制。 丁腈橡胶（NBR） 首先由德国在30年代研制而成，因含丙烯腈，所以对矿物油、动植物油、液体燃料和脂肪族溶剂有较高的稳定性，耐油性是丁腈橡胶最大的特长。耐热性能好，能耐一般化学品优于通用橡胶。配合法国特种油膏，着墨性能优。广泛用于印刷类胶辊，配合耐酸碱物质、耐热剂，用于浆染、印染、砂辊。因耐磨性能比天然橡胶大30%左右，也是做其它滚轮比较理想的弹性体。采用的丁腈胶台湾南帝（NANCAR）系列、日本合成橡胶公司（JSR）系列，日本瑞翁公司丁腈橡胶，硬度可以在邵氏20～100 ° A调制。 三元乙丙橡胶（EPDM） 三元乙丙橡胶作为半通用合成橡胶，其使用温度范围-55～150℃之间。三元乙丙橡胶具有突出的耐臭氧性、耐侯性、耐水性、耐热性、耐蒸汽、耐化学药品（如氨水、酒精、双氧水、盐、硫酸、烧碱、石灰等）性能。适用于高要求的高速水墨印刷辊及化工、电镀、电子、纺织、染整、丝光和人造革类所用胶辊等使用。 氯丁橡胶（CR） 30年代美国公司生产的氯丁橡胶，改变了人们对橡胶易燃特点的看法，氯丁橡胶作为一种通用型特种橡胶，耐油性次于丁腈橡胶，优于通用橡胶，具有耐燃性、耐臭氧性、耐热老化性优异，耐化学品性能好，透气率小，其弹性与通用橡胶相当。适用于印刷类胶辊、耐碱类浆纱辊、浆染胶辊等使用。 氯磺化聚乙烯/海泊隆（CSM）
航空硅橡胶材料研究及应用进展 毋庸置疑，硅橡胶材料具有自身特有的属性，在航空领域上被广泛运用。与此同时航空硅橡胶材料的研究和应用关乎着日后航空硅橡胶的发展方向，文章将浅谈航空硅橡胶材料在阻尼减振、导电以及高低温性能等方面应用现状，并在此基础上进一步探究航空硅橡胶材料当下的研究与发展新展望，望对日后航空硅橡胶材料的探究工作有所增益。 标签：航空领域；硅橡胶材料；既有研究；突出要义；探究路径 不置可否，航空装备的发展需要先进材料技术的保驾护航，航空材料的关键性不容小觑。尤其是硅橡胶材料作为相对重要的航空橡胶材料，其属于典型性的半无机半有机机构，一方面具有有机高分子柔顺的特性，另一方面还具备无机高分子耐热属性，在国防尖端领域得到广泛研究和应用，因此，对航空硅橡胶材料的探究势在必行。 1 航空硅橡胶材料在阻尼减振、导电以及高低温密封等方面应用现状 1.1 阻尼性能情况浅析 在诸多飞行器速度提升以及大功率发动机的应用，所显露出的航空振动与噪声问题逐渐严重。毫无疑问，航空设备是否达到先进性要求的标准之一就是减振和降噪技术水平。而当前硅橡胶因为能够在高低温环境中保持相对稳定的力学性能以及變化率小的模量，自然而然成为航空硅橡胶发挥阻尼性能的首选。鉴于硅橡胶损耗因子仅为0.06-0.1，能发挥的阻尼性能不尽如人意，减振效果并不突出，但是由于硅橡胶的组成体系中有着众多活性基因，相关研究进程中发现可以通过改性来提升硅橡胶的阻尼性能。利用生胶结构改性、互穿网络结构改性以及聚合物共混改性、添加阻尼试剂等方法来有效提升航空硅橡胶材料的阻尼性能的发挥效果。 1.2 明晰导电性能现状 近些年来航空飞行器的更新换代以及相关电子技术的飞速发展背景下，电磁干扰现象日益严峻，倘若不对电磁信号加以屏蔽，必将对航空飞行器正常运转产生影响，严重的还会泄露通讯秘密。由是，航空飞行器有关电子装置需要利用导电橡胶进行有效隔离，继而催生航空领域中高导电橡胶的运用。当下，硅橡胶中添加了导电填料，进而可以支撑高导电的硅胶材料，强化硅橡胶的导电性能主要是三大类导电填料发挥着作用，毋庸置疑导电硅橡胶的导电性能以及采用的导电填料的结构特点至为重要。 1.3 高低温性能的发展现状 由于随着当代航空科学技术日新月异的进步，航空硅橡胶材料的高温属性难
阻尼橡胶材料的研究进展 文章针对阻尼橡胶材料的设计原则，阐述了影响橡胶阻尼性能的因素，包括橡胶结构的影响以及与橡胶配合使用的组分（共混基体、填料、有机小分子、增塑软化体系）的影响，并展望了橡胶阻尼技术的发展趋势。 标签：阻尼；橡胶；填料；共混；有机小分子；增塑软化 引言 日常生活和生产中的振动和噪声给人们带来了严重的危害，必须采用有效的手段加以控制。阻尼橡胶材料利用橡胶的动态黏弹行为，将振动能以热的形式耗散，可广泛应用于降低机械噪聲、减轻机械振动、吸声、隔声，提高工作效率，同时还可以改善产品质量。阻尼橡胶材料通常用耗散因子tanδ表示阻尼特性。对于阻尼橡胶材料的设计原则包括：提高材料的阻尼因子，即tanδ高；拓宽阻尼温度范围。 1 橡胶结构影响 影响橡胶阻尼性能的因素很多，其中聚合物自身的结构对阻尼性能有直接影响。内耗大的橡胶阻尼效果好，内耗大的橡胶应该是具有足够高的分子量和分子量分布的多分散性，分子链间应存在较强的相互作用，如离子键、氢键、极性基团等，分子链中引入侧基来增加分子间的内摩擦。在常用橡胶中，丁基橡胶和丁腈橡胶的内耗较高，氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶居中，丁苯橡胶和天然橡胶较低。另外，通过共聚形成具有特定链段结构的聚合物也可影响橡胶的阻尼性能。当通过接枝共聚或嵌段共聚在聚合物侧链生成链段或形成具有不同链段的嵌段结构后，可以增大内聚能、增加聚合物链段的运动和相互摩擦，从而提高聚合物的阻尼性能。除了上述影响因素外，本文主要从共混基体、填料、有机小分子、软化增塑体系这几个方面阐述了其对橡胶阻尼性能的影响。 2 与橡胶配合的组分影响 2.1 共混基体 将相容性较差的多种聚合物混合，可以产生具有微观相分离结构特征的复合材料。上述结构特征使各聚合物的玻璃化转变区域发生叠加，进而可以有效拓宽阻尼区域。为了提高橡胶的阻尼性能，常常将具有不同玻璃化转变温度Tg的聚合物进行共混后，在不同玻璃化转变温度Tg间获得较宽的阻尼峰，常用的混合方式包括不同类型橡胶的共混以及橡胶与塑料的并用。 黄瑞丽[1]等采用饱和非极性三元乙丙橡胶EPDM和不饱和极性环氧化天然橡胶ENR-50制备出二元共混阻尼材料。通过在两相中硫化剂的迁移，导致二元共混物中ENR-50交联密度比单独硫化时高、阻尼内耗峰向高温方向外扩，EPDM
硅橡胶的研究进展 王香爱，张洪利 （渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西渭南 714000） 摘 要：介绍了硅橡胶的特点。综述了硅橡胶的分类（包括高温硫化型硅橡胶、室温固化型硅橡胶 等）、改性方法（包括共混改性、填料改性等）及其在医疗领域（包括医疗器械、药物缓释体系和体外用品等）和汽车领域中的应用。最后对硅橡胶的发展前景进行了展望。 关键词：硅橡胶；分类；改性中图分类号：TQ433.438：TQ333.93 文献标志码：A 文章编号：1004－2849（2012）09－0044-05 收稿日期：2012-06-25；修回日期：2012-07-23。 基金项目：陕西省军民融合项目（11JMR04）；渭南师范学院自然科学项目（12YKF015）。 作者简介：王香爱（1967—），女，陕西渭南人，教授，主要从事精细化学品的开发和应用等方面的研究。E-mail ：wnwxa@https://www.doczj.com/doc/e310937020.html, 0前言硅橡胶（Silicone rubber ）是一种直链状、高M r （相对分子质量）的聚硅氧烷，其M r 一般超过1.5×105，其分子主链由硅原子和氧原子交替组成（-Si-O-Si-）， Si-O 键的键能（422kJ/mol ）高于C-C 键（240kJ/mol ）[1]。 硅橡胶无毒无味，并具有良好的耐高低温性（300℃和-90℃时仍不失原有的强度和弹性）、电绝缘性、耐光老化性、耐氧老化性、防霉性和化学稳定性，因而在航空航天、化工、农业、医疗卫生和电子电器工业等领域中得到广泛应用。 硅橡胶按其硫化特性可分为热硫化（HTV ）型硅橡胶和室温硫化（RTV ）型硅橡胶。硫化剂可使线状硅胶分子交联成立体网状结构（可塑性降低、弹性增强）；除某些热塑性硅胶不需硫化外，天然橡胶和各种合成橡胶通常都需使用硫化剂硫化（经硫化后的硅胶才具有使用价值，其力学性能大大提高）。为适应特殊用途需求，需使用特种性能的硅橡胶，如导电硅橡胶、导热硅橡胶、耐热硅橡胶、耐油硅橡胶、屏蔽性硅橡胶、阻燃硅橡胶、阻尼硅橡胶、绝缘硅橡胶和海绵硅橡胶等。 随着高新技术的快速发展，人们对硅橡胶的使用性能提出了更高的要求，如良好的力学性能、耐热性能、抗辐照性能、粘接性能和耐气候老化性能等[2]，因此硅橡胶的改性（物理改性、化学改性等）势在必行。 1 硅橡胶的分类 1.1 HTV 型硅橡胶 HTV 型硅橡胶（又称高温硫化型硅橡胶）是产量 较大、应用广泛的一类硅橡胶，其M r 为（4.0~6.0）×105。 HTV 型硅橡胶可分为甲基硅橡胶、二甲基乙烯基硅 橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、腈硅橡胶和氟硅橡胶等。在HTV 型硅橡胶生胶中加入补强填料、硫化剂及其他助剂，经混炼后即得可用于模压制品、挤出制品的混炼胶。HTV 型硅橡胶均采用有机过氧化物硫化，常用的有机过氧化物为过氧化二苯甲酰（BPO ）。 HTV 型硅橡胶具有优良的耐高低温性能、生理惰 性、电气绝缘性能、耐臭氧性、耐气候老化性、憎水性和防潮性等[3-4]。 1.1.1二甲基硅橡胶 二甲基硅橡胶简称甲基硅橡胶，是硅橡胶中最 老的品种，在-60~250℃范围内能保持良好的弹性。其生胶呈无色透明状弹性体，通常用活性较高的有机过氧化物进行硫化。二甲基硅橡胶的硫化活性较低，高温压缩永久变形大，不适用于制备厚制品（这是因为厚制品硫化较困难，内层易起泡）。引入乙烯基后得到的甲基乙烯基硅橡胶易于交联，制得的产品力学性能良好[2]，故二甲基硅橡胶已逐渐被甲基乙烯基硅橡胶所取代[5]。 1.1.2甲基乙烯基硅橡胶 甲基乙烯基硅橡胶（简称乙烯基硅橡胶），是由 中国胶粘剂 CHINA ADHESIVES 2012年9月第21卷第9期Vol．21No ．9，Sep.2012 专题与综述 44--（1318）
2011年4月材 料 开 发 与 应 用 文章编号:1003 1545(2011)02 0075 04 阻尼材料发展现状与应用进展 张文毓 (中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳 471039) 摘 要:综述了国外阻尼材料发展现状,对阻尼材料的发展趋势进行了展望。关键词:阻尼材料;发展;应用中图分类号:TB34 文献标识码:A 收稿日期:2010-06-22 作者简介:张文毓,女,1968年生,高级工程师,现主要从事情报研究工作。E -m a i:l Z W Y68218@163 com 。 阻尼材料是将固体机械振动能转变为热能而耗散的材料,主要用于振动和噪声控制。阻尼材料按特性分为4类[1] : 橡胶和塑料阻尼板:用作夹芯层材料。应用较多的有丁基、丙烯酸酯、聚硫、丁腈和硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯和环氧树脂等。这类材料可以满足-50-200 C 范围内的使用要求。 橡胶和泡沫塑料:用作阻尼吸声材料。应用较多的有丁基橡胶和聚氨酯泡沫,以控制泡孔大小、通孔或闭孔等方式达到吸声的目的。 阻尼复合材料:用于振动和噪声控制。它是将前两类材料作为阻尼夹芯层,再同金属或非金属结构材料组合成各种夹层结构板和梁等型材,经机械加工制成各种结构件。 高阻尼合金:阻尼性能在很宽的温度和频率范围内基本稳定。应用较多的是铜 锌 铝系、铁 铬 钼系和锰 铜系合金。下面对阻尼材料的发展、应用等进行分析、综述,以期对阻尼材料有一个全面的了解。 1 国外阻尼材料发展现状 1.1 主要研究计划 (1)美国先进研究项目局正在筹划复合材料壳体潜艇的研究工作。复合材料壳体潜艇既吸收一部分艇的自噪声,又可吸收一部分敌方主动式声呐发出的声波,从而提高艇的隐蔽性。 (2)美国海军金属加工中心开展研究计划项目之一,旨在对一种备选的阻尼材料进行鉴定和验证,拟用于弗吉尼亚核潜艇(SSN 774),使海 军能够更加有效使用阻尼材料,降低总成本。 (3)美国国家涡轮机高周疲劳计划,由美国空军、海军及国家宇航局合作,分7个专题,其中之一为被动阻尼技术。 (4)美国海军结构基础减震计划,采用层压复合材料用于减震。 (5)日本理工大学2002研究计划中有基于分子设计开发新型高阻尼材料的项目。 (6)英国剑桥大学CAVEND I S H 实验室承担的一项合同项目,利用液晶弹性体制作阻尼材料[2] 。 (7)在美国TDSI (T e m asek Defence Syste m Institute)支持下[3] ,新加坡计划研究一种具有高阻尼和高刚性的潜艇螺旋桨材料,其目标是开发一种粘弹性复合材料,以减少水下武器和随艇设备的辐射噪声,实现隐身潜艇。其内容是:开发各种超低噪声粘弹性复合材料以制备具有高阻尼和高刚性的潜艇螺旋桨;通过涂覆一种高阻尼、高刚性的颗粒增强复合材料,开发一种机械装置的被动减噪方法。1.2 主要研究内容1.2.1 粘弹性阻尼材料 (1)粘弹性材料应力 应变本构关系模型及性能预测研究; (2)粘弹性阻尼材料高频动态力学性能测试技术研究; (3)静压力条件下动态力学性能测试表征技术研究; (4)粘弹性材料阻尼微观设计技术研究; 75
耐磨耐蚀材料 题目：耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究 学院：材料科学与工程学院 专业：材料加工工程 指导老师：路阳杨效田 学生姓名：王鹏春 学号： 132080503043 2104年5月1日
耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性探究 摘要：综述了耐磨及减摩材料的基本性能要求，简单阐述了常见的耐磨及减摩材料的成分、组织与性能等和目前耐磨及减摩材料的新进展及方向。最后，论述了耐磨及减摩材料在表面工程技术中的应用形式，及耐磨涂层的发展方向。 关键词: 耐磨材料；减摩材料；耐磨涂层 0前言 众所周知，摩擦磨损特性的探究对国民经济来说，有着非凡的意义。据统计，全世界大约有2/1-3/1的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的磨损是机械设备零件失效的三大原因之一，大约有80%的损坏零件是由于各种磨损形式引起的[1]。为了节约能源和材料，解决因磨损带来的损失显得至关重要，随着技术水平的发展，而其解决措施也变得各种各样，而本文主要从最基础的材料的选择上入手，来综述耐磨及减摩材料的摩擦磨损特性的探究现状及发展方向。 1 耐磨材料 材料的耐磨性通常是指在一定的工作环境下，摩擦副材料在，摩擦过程中抵抗磨损的能力。材料的耐磨性不是材料固有的本性，而是材料性质在一定的摩擦规范、表面状态、环境介质、工件结构、材料配对等某种条件下的体现。因此材料的耐磨性是相对的、有条件的。耐磨材料的一般性要求有以下几点[2]： 1.机械性能方面要有高的抗拉、抗压、抗拉、抗剪切强度；有高的硬度和韧性；有较高的相对延伸率；在摩擦的高温、高压下，机械性能应该稳定。 2.物理、化学性能方面要有良好的导热性，低的热膨胀系数，且各相的线膨胀系数差别要小；合金元素在其内的溶解度要高，分布要均匀；各相间微观电势要小，抗腐蚀性好；各相成分要在较宽的温度、压力范围内保持稳定。 3.金相结构方面金属晶体的滑移系要少；固溶体与强化相要恰当配合；强化相要有高的弥散性，分布要均匀；各相的位向要互相接近。 4.工艺性能方面要有良好的淬透性和机加工性，以及其他必要工艺性能，如铸件的铸造性。
字体大小：| | 2010-08-28 16:56 - 阅读：135 - ：0 ，由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶。是耐油(尤其是烷烃油)、耐老化性能较好的合成橡胶。丁腈橡胶中丙烯腈含量(％)有42～46、36～41、31～35、25～30、18～24 等五种。丙烯腈含量越多， 耐油性越好，但耐寒性则相应下降。它可以在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。此外，它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。广泛用于制各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、 软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。 丁腈橡胶基本性能 主要采用低温乳液聚合法生产，丁腈橡胶具有优良的耐油性，其耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶，并且具有的耐磨性和气密性，粘接力强。丁晴橡胶的缺点是不耐臭氧及芳香族、卤代烃、酮及酯类溶剂，不宜做 绝缘材料。丁腈橡胶耐低温性差，电性能低劣，弹性稍低。 丁腈橡胶主要用途 丁腈橡胶主要用于制作耐油制品，如耐油管、胶带、橡胶隔膜和大型油囊等，常用于制作各类耐油模压橡胶制品，如O形圈、油封、皮碗、 膜片、活门、波纹管等，也用于制作胶板和耐磨零件。
公司代理经销南帝公司的产品有：普通丁腈橡胶、特殊丁腈橡胶、丁腈胶乳、热塑性弹性体（TPV）等。其中镇江南帝主要牌号：NANCAR 1051、1052、1053、1052M30、1043N、2845、2865、2875、3345、3365、4155等。特殊丁腈橡胶有以下： ??羧化丁腈(XNBR)：NANCAR 1072、1072CG、3245C 具优越耐磨性，适用于下列橡胶制品： a. 高耐磨的输送带、工业制品、纺织胶辊、及特殊鞋底等制品。 b. AB胶系接着剂及丙烯酸酯系接着剂。 c. 环氧树脂改性应用。 d. 软性电路板。 ??充油丁腈(NBR/DOP)：NANCAR 1082 适用于超低硬度(40 Shore A以下) 并兼具耐油特性之橡胶制品，如：工业胶辊、工业制品等。 ??丁腈/PVC (NBR/PVC)：NANCAR 1203D、1203HD、1203L D、具有良好的耐候性、耐油性，适用于下列橡胶制品： a. 耐臭氧的汽车部品(防尘套及胶管)、工业制品(胶板及杂件）、及电缆被 覆等制品。 b. 耐酒精汽油、低萃取燃料油管。 c. 耐溶剂的胶辊（工业胶辊、造纸胶辊、印刷胶辊）及纺织皮圈等制品。 d. 保温材料及运动器材等发泡制品。 ??丁腈/PVC/DOP (NBR/PVC/DOP)：NANCAR 1204D 适用于超低硬度并兼具耐油耐臭氧之橡胶制品，如：印刷胶辊厂、工业制品等。 ??预交联丁腈(NBR)：NANCAR 1022 具良好的尺寸安定性，特别适用于PVC改质，提高橡胶质感。 ??超低,极高丙烯腈丁腈(NBR)：NANCAR 1965、4580
磨损特性 机械零件的磨损过程通常经历不同的磨损阶段，直至失效。如图给出典型的磨损特性曲线(浴盆曲线)： 图磨损特性曲线 图中的纵坐标表示单位时间的磨损量，称磨损率。通常在磨合期内，磨损率比较大，并是递降的。然后进入一个较长时间的稳定期，磨损率较小并保持不变。直至某一点，斜率陡升，这预兆着磨损急剧增大，失效即将发生。对于一些磨损过程，例如滚动轴承或齿轮中发生的表面疲劳磨损，开始时磨损率可能为零，当工作时间达到一定数值后，点蚀开始出现并迅速扩展，磨损率迅速上升，很快发展为大面积剥落和完全失效。 磨损阶段的描述： 1．磨合阶段(I阶段) 又称跑合阶段。新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，由于实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表面应力减小，磨损减缓。 一个崭新的，即加工后未经摩擦的固体表面总具有一定的表面粗糙度和比较尖锐的微凸体尖峰，实际上两个表面之间通过微凸体进入真实接触的面积是很小的。在这些接触着的微凸体之间会产生很大单位面积接触压力，乃至超过材料的
屈服强度，并造成微凸体材料的迁移，以及接触面之间的变形在局部微区产生很高的温度，致使接触面发生熔焊，随即又由于表面之间的相对运动而被撕裂。同时微凸体在相对运动过程中也很容易发生碰撞、折断、划伤。因此在磨合阶段，摩擦副表面的磨损量迅速增加，并达到较高的磨损率。 另一方面由于加工和装配等工况原因，使接触表面之间的间隙不均匀，从而难以形成稳定的油膜，这时的润滑状态处于一种从边界润滑到混合润滑的过度；随着磨合阶段的结束，微凸体不断被磨平，促使它们之间的接触面积不断增大，而单位面积的接触压力随之减小，同时通过一定的磨损之后，摩擦副的间隙趋于均匀，油膜得以建立，即进一步向完全流体动力润滑过度；于是磨损率也随之减小，并向稳定磨损阶段过度。 磨合阶段的轻微磨损为正常运行、稳定运转创造条件。通过选择合理的磨合规程、采用适当的摩擦副材料及合理的加工工艺、正确地装配与调整，使用含有活性添加剂的润滑油等措施能够缩短磨合期。上述磨合阶段最好受到监控，以免造成过度的磨损或磨合不够的情况产生。 2．稳定磨损阶段（II阶段） 经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。它的特点是磨损量与时间成正比增加，间隙缓慢增大。 稳定磨损阶段此时磨损量趋于平缓地增加，而磨损率则由高过度到低，并维持在一个比较稳定的水平上，表明零件摩擦副表面之间已形成较为稳定的油膜，在润滑油充裕的工况下处于一种流体动力润滑状态。流体动力油膜的存在不仅在很大程度上避免了微凸体尖峰受力为大部分表面处于一种比较均匀的受力状态。这对于减小磨损是极为有利的。特别是当油膜厚度大大超过两个接触表面的粗糙度时，摩擦副处于完全流体动力润滑状态；这时微凸体之间几乎不接触，摩擦表面依靠油膜传递压力，故磨损量保持在一个非常低的水平上。稳定磨损阶段是机器设备的正常工作阶段，稳定磨损阶段的长短与机器的工况有关，也与磨合阶段的磨合质量有关。这是因为机器在启动或停止的过程中，也就是摩擦副流体动力油膜建立或消除的过程，其润滑状态也就从边界—混合—完全流体的
橡胶制品的基本特性 橡胶制品（rubber product）指以天然及合成橡胶为原料生产各种橡胶制品的活动，还包括利用废橡胶再生产的橡胶制品。 橡胶制品基本特性： 1.橡胶制品成型时，经过大压力压制，其因弹性体所俱备之内聚力无法消除，在成型离模时，往往产生极不稳定的收缩（橡胶的收缩率，因胶种不同而有差异），必需经过一段时间后，才能和缓稳定。所以，当一橡胶制品设计之初，不论配方或模具，都需谨慎计算配合，若否，则容易产生制品尺寸不稳定，造成制品品质低落。 2.橡胶属热溶热固性之弹性体，塑料则属于热溶冷固性。橡胶因硫化物种类主体不同，其成型固化的温度范围，亦有相当的差距，甚至可因气候改变，室内温湿度所影响。因此橡胶制成品的生产条件，需随时做适度的调整，若无，则可能产生制品品质的差异。 橡胶制品胶种的分类： 1.通用橡胶：是指部分或全部代替天然橡胶使用的胶种，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等，主要用于制造轮胎和一般工业橡胶制品。通用橡胶的需求量大，是合成橡胶的主要品种。 2.丁苯橡胶：丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶和热塑性橡胶（SBS）。 3.顺丁橡胶：是丁二烯经溶液聚合制得的，顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能交差，抗湿滑性能不好。 4.异戊橡胶：异戊橡胶是聚异戊二烯橡胶的简称，采用溶液聚合法生产。异戊橡胶与天然橡胶一样，具有良好的弹性和耐磨性，优良的耐热性和较好的化学稳定性。异戊橡胶生胶（未加工前）强度显着低于天然橡胶，但质量均一性、加工性能等优于天然橡胶。异戊橡胶可以代替天然橡胶制造载重轮胎和越野轮胎还可以用于生产各种橡胶制品。 5:乙丙橡胶：乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑，制品价格较低，乙丙橡胶化学稳定性好，耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡胶的用途十分广泛，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可作电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料。还可制造胶鞋、卫生用品等浅色制品。 6.氯丁橡胶：它是以氯丁二烯为主要原料，通过均聚或少量其它单体共聚而成的。如抗张强度高，耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能均优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好。氯丁橡胶的缺点是电绝缘性能，耐寒性能较差，生胶在贮存时不稳定。氯丁橡胶用途广泛，如用来制作运输皮带和传动带，电线、电缆的包皮材料，制橡胶加工工艺问答
博士入学考试 名词解释 粗糙度：评定加工过的材料表面由峰、谷和间距等构成的微观几何形状误差的物理量。 固体润滑：利用固体所具有的减摩作用的润滑方法。 固体润滑材料：为了防止相对运动中的表面损伤，并降低摩擦与磨损而使用的薄膜或粉状固体。 滑动磨损：两个相对滑动物体公共接触面积上产生的切向阻力和材料流失的现象。 自由磨料磨损和固定磨料磨损：两者皆为磨料磨损，自由磨料磨损磨料保持自由状态，而固定磨料磨损磨料保持固定状态。 耐磨性和相对耐磨性：材料的耐磨性是指一定条件下材料耐磨性的特性；相对耐磨性是指两种材料在相同的外部条件下磨损量的比值。 微切削和微犁沟：微切削是磨料(磨粒或硬突起)从被磨损表面切削下微切屑的磨料磨损过程；在相对滑动中，硬颗粒或两表面中硬微突体使较软表面塑性变形而形成犁痕式的破坏。 问答题 1.简述摩擦的概念和分类。 摩擦：两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会发生摩擦。 摩擦学：摩擦学是研究相对运动互作用表面的科学与技术，它包括材料的摩擦、磨损和润滑三个部分。 分类： (1)按摩擦副表面的润滑情况分： 干摩擦：物件间或试样间不加任何润滑剂时的摩擦。 边界摩擦：两接触表面间存在一层极薄的润滑膜，其摩擦和磨损不是取决于润滑剂的粘度，而是取决于两表面的特性和润滑特性。 流体摩擦：由流体的黏滞阻力或流变阻力引起的内摩擦。 半干摩擦：部分干摩擦，部分边界摩擦。半流体摩擦：部分边界摩擦，部分流体摩擦。 (2)按摩擦副的运动形式分： 滑动摩擦：当接触表面相对滑动或具有相对滑动趋势时的摩擦。 滚动摩擦：当物体在力矩的作用下沿接触表面滚动时的摩擦。