橡胶输送带抗疲劳与耐磨结构特性

输送带在加工过程中,填充补强剂的品种、用量和分散程度对橡胶的耐磨性都有很大的影响,耐磨性与合胶含量有直接关系,凡是能使结合橡胶增加的因素,均对耐磨性有利,所以随着炭黑表面积增加,结构性提高和分散度提高,耐磨性都会随之提高,炭黑的分散性对胶料的磨耗性影响最大;在苛刻的条件下炭黑的结构性影响显著,一般说来,胶料的耐磨性都受炭黑分散度的影响,填充高耐磨炭黑的胶料耐磨耗性比高10%左右,比中耐磨炭黑低20%,且橡胶带生产厂家中等耐磨炭黑的耐磨耗性在环境温度较高和苛刻条件的试验中尤为突出;

研究结果表明,在天然橡胶或丁苯橡胶中,一般选用50一60phr炭黑,5—7phr油为宜,用量过高,耐磨性会有所下降,在顺丁橡胶中把炭黑用量从45phr提高60一70phr,把油从Sphr提高到15—20phr时,胶料的耐磨性提高,以顺丁橡胶为主的胶料,橡胶宽皮带生产厂家高填充胶料的耐磨性优于低填充胶料;改进橡胶耐磨性的其他方法:表面处理法使用液态或气态的五氟化锑或盐酸、氯气对丁腈橡胶进行表面处可以降低橡胶制品的摩擦系数,提高制品的耐磨性,例如,将丁腈橡胶硫化胶板浸0.4%溴化钾和0.8 010(NH4)2S04组成的水溶液中,经10min就能获得摩擦系数低50%的耐磨胶板,用液态或气态的五氟化锑处理丁腈橡胶硫化胶的表面时,可使其摩擦系数和摩擦产生的温度降低,使耐磨性提高10倍,通过显微镜观察橡胶表面发现,液相氟化时,橡胶表稍受破坏,而气相氟化时橡胶表面基本不破坏,故气相氟化处理更有助于增加耐磨,显微镜研究表明,气相氟化时,橡胶表面虽然未破坏,但在表面上出现均匀分布的微凸起。

此外,气相法消耗的五氟化锑量也少,且不影响其他物性;采用橡胶和塑料共混的方法例如,用了腈橡胶和聚氯乙烯共混制造的纺织辊,其耐磨性可比单一的丁腈胶料提高7倍;用硅烷偶联剂及其它表面活性剂改性填料经硅烷偶联剂和表面活性剂处理后白色填料与橡胶大分子之间的相互作用能力增强,用硅烷偶联剂对白炭黑进行表面处理,用于丁腈橡胶、硅橡胶对改善其输送带耐磨性也很有效,其他表面活性剂,如硬脂酸、低分子量高聚物都能提高耐磨性;使用新型橡胶采用环戊烯开环聚合方法制得的聚戊烯橡胶,耐磨性很优越;用新型硫化体系据报道,用丙烯酸胺硫化的胶料,硫化特性好,安全性高,硫化速度快,硫化胶的耐疲劳和耐热性有所提高,耐磨性较好;

例如水泥厂重型运输带当橡胶受到反复交变应力(或应变)作用时,材料的结构或性能发生变化的现象叫疲劳,随着疲劳过程的进行,导致材料破坏的现象称为疲劳破坏,二者不能等同,随着疲劳过程的发展,拉伸强度先是上升,经过极二后趋于下降,而撕裂强度、动态模量和损耗角正切则是先减小,经极小值后增大,各种性能在疲劳过程中都发生了变化,导致物理性能变化的原因在于疲劳引结构的变化,橡胶在多次拉伸疲劳过程中其结构的变化,这些结构变化对某些产品来说虽然很重要,但其测量繁琐,难度较大,对大多数产品而言,龟裂和完全破裂显示的疲劳破坏是主要方面。

因此我们将以疲劳破坏讨论与其相关的配方设计问题,破坏的机理可能包括热降解、氧化、臭氧侵蚀以及通过裂纹扩展等方式破坏,破坏严格说来是一种力学和力化学的综合过程,橡胶在往复形变下,材料中产生的松弛过程在形变周期内来不及完成,结果内部产生的应力不能均匀地分散,便可能:在某些缺陷处(如裂纹、弱键等),从而引起断裂破坏,此外,由于橡胶是一种粘高聚物:它的形变包括可逆形变和不可逆形变,在周期形变中不可逆形变产生滞失,这部分能量转化为隔热传输带热能,使材料内部温度升高,高分子材料的强度一般都随度上升而下降,从而导致橡胶的疲劳寿命缩短,总之,橡胶的疲劳破坏不单纯是力学疲坏,往往也伴随有热疲劳破坏;

在分析橡胶疲劳破坏时可以认为,由多次拉伸所施加的能量,初期消耗子微破:其周缘处集中应力的松弛,经一定时间后消耗于以破坏中心为起点的微破坏的扩展后达到疲劳破坏,若设前一种形态消耗的能量为EA,后一种形态消耗的能量为EB那么胶达到疲劳破坏时所需要的总能量E为:E= EA+ EB,EA和EB的大小随疲劳破坏的条件不同而异。

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