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。
1 实验部分
1.1 原材料
NR：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。
1.2 仪器及设备
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。
1.3 性能测试
(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。
(2)阿克隆磨耗按GB/T1689-1998测定
(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%。
2 结果与讨论
2.1 NR/BR并用比对耐磨等性能的影响
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。
表1 NR/BR并用比对性能的影响1)
|
性能指标
|
NR/BR
|
|
0/100
|
70/30
|
50/50
|
30/70
|
|
硬度(邵A)
|
74
|
75
|
74
|
74
|
|
100%定伸应力/MPa
|
4.5
|
4.1
|
4.0
|
4.2
|
|
200%定伸应力/MPa
|
-
|
11.5
|
9.7
|
10.7
|
|
300%定伸应力/MPa
|
-
|
-
|
16.1
|
17.4
|
|
扯断强度/MPa
|
12.3
|
17.4
|
19.1
|
21.0
|
|
扯断伸长率/%
|
209
|
297
|
355
|
377
|
|
压缩水久变形(100℃×22 h)/%
|
26.1
|
29.0
|
32.9
|
34.4
|
|
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1]
|
0.0022
|
0.0122
|
0.0355
|
0.0724
|
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。
2.2 硫化体系的选择
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。
表2 硫化体系对硫化胶性能的影响1)
|
性能指标
|
S/TT
|
|
0.5/1.5
|
0.8/0.6
|
1.0/0.5
|
1.5/0.2
|
|
硬度(邵A)
|
74
|
73
|
74
|
75
|
|
100%定伸应力/MPa
|
5.1
|
4.1
|
4.0
|
5.1
|
|
300%定伸应力/MPa
|
15.3
|
15.7
|
16.1
|
17.4
|
|
扯断强度/MPa
|
16.3
|
20.0
|
19.1
|
19.6
|
|
扯断伸长率/%
|
312
|
386
|
355
|
335
|
|
压缩永久变形(100℃×22 h)/%
|
19.0
|
29.3
|
32.94
|
42.2
|
|
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1]
|
0.0447
|
0.0487
|
0.0355
|
0.0357
|
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。
2.3 炭黑用量对胶料性能的影响
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。
表3 炭黑用量对性能的影响1)
|
性能指标
|
炭黑用量/份
|
|
60
|
65
|
70
|
80
|
|
硬度(邵A)
|
74
|
77
|
81
|
85
|
|
100%定伸应力/MPa
|
4.0
|
4.9
|
6.3
|
11.2
|
|
300%定伸应力/MPa
|
16.1
|
17.8
|
-
|
-
|
|
扯断强度/MPa
|
19.1
|
21.2
|
19.5
|
16.5
|
|
扯断伸长率/%
|
355
|
328
|
287
|
223
|
|
压缩永久变形(100℃×24 h)/%
|
32.9
|
35.0
|
38.9
|
40.4
|
|
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1]
|
0.0355
|
0.0286
|
0.0234
|
0.0086
|
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。
2.4 减磨剂的用量对胶料性能的影响
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。
表4 二硫化钼用量对胶料性能的影响1)
|
性能指标
|
二硫化钼用量(份)
|
|
-
|
3
|
6
|
9
|
|
硬度(邵A)
|
77
|
77
|
78
|
78
|
|
100%定伸应力/MPa
|
4.9
|
5.1
|
5.3
|
5.6
|
|
300%定伸应力,/MPa
|
17.8
|
18.9
|
18.7
|
18.4
|
|
扯断强度/MPa
|
21.2
|
23.3
|
23.0
|
22.8
|
|
扯断伸长率/%
|
328
|
325
|
321
|
324
|
|
压缩永久变形(100℃×24 h)/%
|
0.0286
|
0.0457
|
0.0644
|
0.0881
|
|
阿克隆磨耗/[cm3·(1.61 km)-1]
|
35.0
|
38.6
|
39.1
|
39.0
|
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
2.5 应用试验
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。
3 结论
(1)NR/BR并用比在50/50时可获得综合性能较好的胶料。
(2)二种硫化体系中S/T/CZ最佳用量为1.0/0.5/1.5。
(3)HAF最佳用量为65份。
(4)使用二硫化钼不能减小该体系的磨耗量。 
