Thread Content
Благодаря высокой упругости и низкому модулю упругости, характеристики трения и износа каучука в значительной степени зависят от его физико-механических свойств. Твердость резины невелика, поэтому при контакте с твердыми объектами площадь фактического контакта оказывается довольно большой. А размер площади фактического контакта является важным фактором, определяющим трение. Следовательно, твердость резины оказывает значительное влияние на ее свойства трения. Параметр вязкоэластичности каучука tanδ оказывает прямое влияние на силу трения. Снижение степени связности каучука приводит к увеличению значения tanδ, в результате чего увеличивается сила трения; также возрастают коэффициент трения и степень износа. С физико-химической точки зрения, чем слабее связывание молекул, тем выше уровень износа, поскольку при слабом связывании оно легче разрушается под действием механических нагрузок. Исследования показали, что облучение электронным пучком приводит к увеличению степени связывания в сополиуретане этилена и пропилена, что снижает трение. Уровень свободной энергии поверхности резины определяет величину сил взаимодействия между резиной и её контактирующей поверхностью, что в свою очередь влияет на коэффициент адгезии и трения резины. В общем случае коэффициент трения увеличивается по мере роста свободной энергии поверхности. При наполнении и модификации каучука изменяются не только его физико-механические свойства, но также и трибологические свойства. При исследовании хлоропреновой резины, усиленной одноосно ориентированными полиамидными волокнами (SFRR), и натуральной каучука, усиленного арамидными короткими волокнами, было обнаружено, что трибологические свойства материалов тесно связаны с направлением скольжения. При трении перпендикулярно направлению ориентации волокон уровень износа минимальный, а при трении вдоль направления ориентации волокон — максимальный. В нефтестойких каучуках нитрильных, хлорсульфонированного полиэтилена и фторопластов при добавлении смазок (таких как силиконовые масла, MoS2 и т. д.) было обнаружено, что MoS2 способен формировать на поверхности каучука смазочный слой, который снижает поверхностную энергию и эффект задержки, тем самым значительно уменьшая коэффициент трения. Использование метода ионного покрытия с применением собственных ионов позволяет нанести на поверхность резины слой металлов, таких как медь, титан, вольфрам, цирконий и т. д. Это способствует значительному снижению фактической площади контакта между резиной и её оппонентом, а значит, и снижению трения. Хлорирование также может снизить коэффициент трения резины, а также её зависимость от скорости скольжения и температуры. Параметры трения и вязкоэластичности каучука, а именно tanδ и модуль упругости, находятся в прямой зависимости друг от друга. Модуль упругости снижается с повышением температуры, в то время как значение tanδ сначала возрастает, а затем снижается при повышении температуры (температура критического значения меньше 0°). При повышении температуры модуль упругости резины снижается, а расстояние между участками износа увеличивается. При высоких температурах из-за сильного старения резины снижается прочность на разрыв, что приводит к значительному увеличению скорости износа; к тому же скорость износа подвержена периодическим сильным колебаниям. Наличие смазки предотвращает прямой контакт резины с поверхностью, с которой она соприкасается; это значительно снижает трение из-за прилипания. Кроме того, уменьшается расстояние между участками износа резиновых частиц, а скорость износа также существенно снижается. Однако при выборе смазки необходимо учитывать её влияние на разбухание резины, а также химическую или термическую деградацию резины под действием масла при высоких температурах, иначе это может привести к усилению износа. При смазке водой (или водными растворами) влияние воды на показатели трения и износа каучука и контактирующего с ним материала различается в зависимости от характеристик последнего. Когда дуальный материал является инертным (например, стекло), водный слой может выполнять отличную функцию смазки; коэффициент трения снижается по мере увеличения толщины смазочного слоя. Когда контактирующие поверхности имеют высокую подвижность (например, в стали), износ резины практически отсутствует, тогда как износ самой контактирующей поверхности значительно выше, чем при сухом трении. Резина довольно чувствительна к растворению органическими растворителями и смазками. В обычных условиях разбухание нарушает структуру сети связей в каучуке, что приводит к снижению его механических свойств, таких как твердость и прочность на растяжение, а также к усилению износа. Тхавамани и его коллеги с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) исследовали механизм износа натурального каучука, бутадиенстиролбутадиенового каучука и гидрированного нитрильного каучука в различных условиях. Они обнаружили, что при небольших нормальных нагрузках не возникает типичных следов износа. Однако после разбухания каучука в толуоле или диметилформамиде на его поверхности, подвергшейся износу, можно было заметить явные следы износа. Это происходит потому, что после разбухания резины её способность противостоять разрывам **снижается**, а модуль упругости значительно падает; в результате расстояние между участками износа увеличивается по сравнению с состоянием до разбухания. Для некоторых резин с активными функциональными группами (например, NBR, HNBR) можно воспользоваться их высокой химической активностью: они могут реагировать с определенными растворителями, в результате чего на поверхности резины образуется химический слой, способствующий улучшению ее трибологических свойств. С помощью действия раствора йода была проведена модификация бутилнитрильной резины; у модифицированных образцов NBR и HNBR коэффициент трения значительно снизился. Йод соединяется с цианогруппами на поверхности резины, образуя тонкий и прочный модификационный слой, который снижает трение. Однако чрезмерное разбухание приводит к образованию более толстого модифицированного слоя в резине; из-за плохой связи этого слоя с эластичной основой увеличивается трение, что способствует усилению износа. Такие факторы, как скорость и нагрузка, влияют на трение и износ резины. В общем случае коэффициент трения каучука снижается по мере увеличения нагрузки и скорости скольжения; чрезмерная нагрузка и скорость скольжения приводят к накоплению тепла в образце и повреждению его поверхности.