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丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的摩擦磨损特性

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ／３１６Ｌｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｔｒｉｂｏ－ｐａｉｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｐｈｅｒｅ－ｏｎ－ｄｉｓｃ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ａｌ２Ｏ３ ｈａｒｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｉｂｏ－ｐａｉｒｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｖｉａｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ （ＳＥＭ）ａｎｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｏｍｅ－ ｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅａｒ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｉｒｓ； Ｌａｒｇｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃａｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｍａｔｒｉｘ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｍｉｃｒｏ ｃｕｔｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｓ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｔｏ ａｂｏｕｔ ｄｏｚｅｎｓ ｏｆ ｍｉ－ ｃｒｏｎｓ，ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃａｎ ｍｉｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ；Ａｌｌ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃａｎ ａｇｇｒａｖａｔｅ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ ａｎｄ ｌｏｔｓ ｏｆ ｆｕｒｒｏｗｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｏｎ ｍｅｔ－ ａｌ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｌｏｕｇｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈａｒｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ；Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ＮＢＲ／ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｔｒｉｂｏ－ｐａｉｒｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎｏ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｓｉｚｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ；ｈａｒｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ；ｒｕｂｂｅｒ ｓｅａｌ；ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａ－ ｎｉｓｍ
橡胶／金属摩擦配 副 是 最 常 见 的 密 封 元 件 材 料 配 副形式，广泛应用于 各 类 石 化 装 备、交 通 运 输、工 程 机 械等领域的压缩机、柱塞泵、液压或气动缸上 。 ［１］ 在 这
些设备中橡胶材料的磨损行为对其密封性能起着重要 的作用，甚至直接决定了整机的工作寿命 。 ［２］ 然 而，工 程上往往将橡胶材料视为主要易损件却忽视了软质弹
摘要：采用销－盘接触方式考察丁腈橡胶／３１６Ｌ 不锈钢配副的摩 擦 磨 损 性 能，探 讨 有 无 Ａｌ２Ｏ３ 硬 质 颗 粒 及 颗 粒 尺 寸 对 其 摩擦学行为的影响。通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和表面轮 廓 仪 分 析 配 副 材 料 的 磨 痕 表 面 形 貌 。结 果 表 明：硬 质 颗 粒 参 与磨损能降低接触副表面的摩擦因数；大尺寸颗粒会加速橡胶的磨损并能嵌入橡胶基体形成微切削效应，而 随 着 颗 粒 尺 寸减小至数十微米时，颗粒的存在反而能减缓橡胶的磨损；但 颗 粒 的 介 入 均 会 加 剧 配 副 金 属 的 磨 损 、硬 质 颗 粒 的 犁 削 作 用使钢球磨损表面存在大量的犁沟；此外，无颗粒及不同尺 寸 颗 粒 环 境 下 丁 腈 橡 胶／不 锈 钢 摩 擦 副 表 现 出 不 同 的 损 伤 机 制。 关 键 词 ：丁 腈 橡 胶 ；摩 擦 磨 损 ；硬 质 颗 粒 ；橡 胶 密 封 ；损 伤 机 制 ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４３８１．２０１５．１０．０１３ 中 图 分 类 号 ：ＴＢ１１７．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－４３８１（２０１５）１０－００７９－０６
（１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ；２Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ）
第 ４３ 卷
第 １０ 期
２０１５年１０月 第７９－８４页
材 料 工 程
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ５ ｐｐ．７９－８４
丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的 摩擦磨损特性
Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｗｅａｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｕｎｄｅｒ Ｈａｒｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
郑 金 鹏１ ，沈 明 学１，２ ，厉 淦１ ，彭 旭 东１，２ （１ 浙江工业大学 机械工程学院，杭州 ３１００３２；２ 浙江工业大学
过程装备及其再制造教育部工程研究中心，杭州 ３１００３２） ＺＨＥＮＧ Ｊｉｎ－ｐｅｎｇ１，ＳＨＥＮ Ｍｉｎｇ－ｘｕｅ１，２，ＬＩ Ｇａｎ１，ＰＥＮＧ Ｘｕ－ｄｏｎｇ１，２

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丁腈胶圈的特性与应用

丁腈胶圈的特性与应用

由 于 胶 圈 内 径 不 一 致 造 成 胶 圈 张 力 的 不 一 致 ， 胶 圈 的滑溜 率 随着胶 圈 张力 的大 小而变 化 。 而
２ 丁 腈 胶 圈 的 正 确 配 置 与 应 用
２ １ 丁腈 胶 圈 内层 与外 层摩 擦 因数 的基本 要 求 ． 丁腈 就 圈在 运 行 中必须 满足 以下 基本 要求 。
（ ） 求上 胶 圈 的摩 擦 因数 略 大 于 下 胶 圈 。 １要 这 是 由于上 胶 圈 内表 面与 中铁 辊 作 滚 动摩 擦 ， 而 上 胶 圈与下 胶 圈 间为 滑 动 摩 擦 ， 种 配 置 可 较好 这 地 防 止 胶 圈 滑 溜 ， 足 正 常 牵 伸 的要 求 。 满 （ ） 求 下 胶 圈 的 内 层 表 面 具 有 较 高 而 适 宜 ２要 的摩 擦 因 数 ， 便 于 下 胶 圈 在 中 罗 拉 上 能 稳 定 牵 以
太 宽 ， 圈 在 运 转 中易 与 上 销 边 缘 产 生 碰 撞 摩 擦 ， 胶
０ １ 。此时 ， 圈性 能较好 ， 纱质 量 能 明显得 ．６ 胶 成
造 成 胶 圈 回转 不 灵 活 、 顿 ， 销 抖 动等 弊 病 ， 打 上 造
成 严 重纱疵 。
到 改 善
棉 僻枝 术
进 行 配置 使用 ， 以充 分发 挥 胶 圈的牵 伸作 用 ， 利 有
于 摩 擦 力 界 的 均 匀 分 布 。 对 于 胶 圈 钳 口 ， 论 是 无
伸运 行 ， 少 滑溜 ， 减 并稳 定对 上胶 圈 的摩擦 传 动 。 （ ） 求上 下胶 圈 外 表 面 的摩 擦 因数 在 尽 可 ３要 能确保 对 须条纤 维握 持 的前 提下 ， 以略小些 为好 ，
以 使 丁 腈 胶 圈更 好 地 发 挥 作 用 ， 进 纺 纱 质 量 的 提 高。 促
丁腈橡胶性能

丁腈橡胶性能

丁腈橡胶性能
丁腈橡胶(Nitrile rubber，NBR)是一种合成橡胶，具有优异的耐油性、耐溶剂性和耐气候性。

它的各种物理性能和化学性能都要高于天然橡胶，是用来代替天然橡胶的最佳选择。

1. 热性能：丁腈橡胶的热变形温度较低，正常使用温度在-30℃~120℃之间，短时间可以承受150℃的高温；
2. 抗拉伸性能：丁腈橡胶的抗拉伸强度较高，弹性模量大，能承受大的外力；
3. 耐油性：丁腈橡胶具有优异的耐油性，能够耐受大多数汽油、石油、润滑油、煤油等；
4. 耐磨性：丁腈橡胶具有良好的耐磨性，能有效减少机械零件因摩擦带来的损坏；
5. 密封性：丁腈橡胶具有良好的密封性，能够有效防止液体或气体泄漏；
6. 耐溶剂性：丁腈橡胶具有很好的耐溶剂性，可以耐受大多数石油性溶剂，乙醇、乙醚等有机溶剂；
7. 耐气候性：丁腈橡胶具有良好的耐气候性，能够有效抵御高湿度和温度环境，并保持其原有功能不变。

丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的摩擦磨损特性

丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的摩擦磨损特性


摘要：采用销－盘接触方式考察丁腈橡胶／３１６Ｌ 不锈钢配副的摩 擦 磨 损 性 能，探 讨 有 无 Ａｌ２Ｏ３ 硬 质 颗 粒 及 颗 粒 尺 寸 对 其 摩擦学行为的影响。通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和表面轮 廓 仪 分 析 配 副 材 料 的 磨 痕 表 面 形 貌 。结 果 表 明：硬 质 颗 粒 参 与磨损能降低接触副表面的摩擦因数；大尺寸颗粒会加速橡胶的磨损并能嵌入橡胶基体形成微切削效应，而 随 着 颗 粒 尺 寸减小至数十微米时，颗粒的存在反而能减缓橡胶的磨损；但 颗 粒 的 介 入 均 会 加 剧 配 副 金 属 的 磨 损 、硬 质 颗 粒 的 犁 削 作 用使钢球磨损表面存在大量的犁沟；此外，无颗粒及不同尺 寸 颗 粒 环 境 下 丁 腈 橡 胶／不 锈 钢 摩 擦 副 表 现 出 不 同 的 损 伤 机 制。 关 键 词 ：丁 腈 橡 胶 ；摩 擦 磨 损 ；硬 质 颗 粒 ；橡 胶 密 封 ；损 伤 机 制 ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４３８１．２０１５．１０．０１３ 中 图 分 类 号 ：ＴＢ１１７．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－４３８１（２０１５）１０－００７９－０６
（１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ；２Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ）
丁腈橡胶的基本特性

丁腈橡胶的基本特性

丁腈橡胶的基本特性丁腈橡胶的耐油性仅次于氟橡胶和聚硫橡胶，耐热性能优于天然橡胶、丁苯橡胶等通用橡胶（设计适当的配方，丁腈橡胶的最高使用温度可达130℃，在热油中可耐150℃）；耐磨性比天然橡胶高30％～45％：该橡胶的透气率较低，和丁基橡胶同属于气密性良好的橡胶；丁腈橡胶耐化学腐蚀性能优于天然橡胶。

但对强氧化性酸的抵抗能力较低；丁腈橡胶是非结晶性橡胶，无自补强性，纯胶硫化胶的拉伸强度仅为3.0-4.5MP，因此，必须经补强后才具有使用价值。

采用炭黑补强的硫化胶，其拉伸强度可达25-30Mpa，优于丁苯橡胶；丁腈橡胶由于其分子链柔性差和非结晶性，使其硫化胶的弹性、耐屈挠性、抗撕裂性及耐寒性较差，变形生热大。

该橡胶的脆性温度为-10--20℃，耐寒性比一股通用橡胶都差；丁腈橡胶由于其极性，导致它为半导胶，不宜作电绝缘材料；丁腈橡胶由于具有不饱和性而易于受到臭氧的破坏，加之分子链柔性差，从而使臭氧龟裂扩展速度较快（当其在使用中与油接时，配合时加入的抗臭氧剂易被抽出，造成防臭氧破坏的能力下降）；丁腈橡胶的加工工艺性较差（即塑炼效果低，混炼操作较为困难，在塑、混炼加工中生热高，在压延与压出加工中，其收缩率和膨胀率较大），在成形时自粘性较差，硫化速度较慢。

丁睛橡胶被广泛地用来制造各种耐油制品。

高丙烯猜含量的丁腈橡胶多用于制造直接和油类接触以及耐油性能要求较高的制品（如油封、O形密封圈，输油胶管、化工容器衬里、垫圈等）；中丙烯腈含量的丁睛橡胶通常用于制造普通耐油制品（如耐油胶管、油箱、印剧胶辊、耐油手套等）；低丙烯腈含量的丁橡胶用于制造耐油性要求较低的制品（如低温耐油制品和耐油减振制品等）。

丁腈橡胶还可用来制作需要导出静电、避免引起火灾的制品（如纺织皮辊、阻燃运输带等）。

丁腈橡胶还可与其他橡胶或者塑料并用，以改善各方面的性能，应用最多的是与聚氯乙烯并用，以进一步提高其耐油性能和抗臭气性能。