影响橡胶摩擦磨损性能的因素

影响橡胶摩擦磨损性能的因素

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。

橡胶的粘弹性参数tanδ对摩擦力有直接的影响，而橡胶交联度的降低，使

tanδ增大，因此摩擦力增大，摩擦系数和磨损也随之增大。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，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。

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)和芳纶短纤维增

强的天然橡胶时，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

等)后发现胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶中，加入润滑剂(如有机硅油、MoS

2

MoS

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2

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。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。

橡胶的摩擦与粘弹性参数tanδ和弹性模量有直接关系，弹性模量随温度的

升高而降低，tanδ则随温度的升高先上升后下降(极值点温度低于0°)。随温

度的升高，橡胶的弹性模量下降，磨损斑纹间距增大。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。

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。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。

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。Thavamani等用扫描电子显微镜(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、HNBR)，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，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HNBR的摩擦系数明显降低。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。

速度、载荷等因素都会对橡胶的摩擦磨损产生影响。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。