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橡胶制品摩擦系数的测定及影响因素

2017年4月14日 发表评论 阅读评论

摩擦性能是橡胶制品的重要技术指标。胶鞋、输送带和制动阀的衬里等产品需要有较大的摩擦系数,动密封件等却需要摩擦系数小些。对汽车轮胎来说,其摩擦特性不仅影响轮胎的磨耗特性,而且关系到行车的安全。例如,橡胶雨刷老化变硬,与汽车前窗玻璃的摩擦系数增大,从而引起雨刷噪音、震动甚至跳刷的问题,严重影响驾驶者的视线清晰度。汽车紧急停止时的刹车距离、急拐弯时的侧向滑动等,都受到摩擦性能的影响,特别是在高速下或雪雨天行车时更是如此。而由于摩擦带来的橡胶的磨耗还直接关系到汽车轮胎、自行车胎、输送带、胶鞋和胶管等许多橡胶制品的使用寿命。因此橡胶的摩擦性能及其测试,是橡胶工业中的一个重要问题。

柔软的橡胶在坚硬和光滑的表面上的摩擦主要是粘附摩擦。当液体使接触表面完全润滑时,界面间的粘附力可以忽略,这时产生的摩擦力主要是由于变形产生的滞后损失和润滑液体的粘性阻力,润滑膜的厚度随着滑动而变化,在润滑膜部分被切断时也会产生直接接触的粘附摩擦,使摩擦力显著增大。

由于上述橡胶摩擦现象的复杂性,ISO、ASTM、BS、JIS、DIN等标准中都没有关于测定硫化橡胶滑动摩擦系数的成熟标准发布。我国化工行标HG/T2729-1995硫化橡胶与薄片摩擦系数的测定(滑动法)规定了测定硫化橡胶与薄片静摩擦系数和动摩擦系数的两种方法。方法A适用于硫化橡胶试样表面摩擦系数的测定。方法B适用于复印机,传真机等输送轮用的硫化橡胶试样反复摩擦过程中摩擦系数的测定。

准确的摩擦系数测定结果对于橡胶制品的实际应用是有深远意义的。根据橡胶摩擦理论,对橡胶制品进行摩擦系数测试时,主要需要控制以下四个因素:

(1)接触面的表面情况  与橡胶摩擦接触的薄片(即玻璃)的表面粗糙度对试验结果的影响是显然的,因此标准中规定:每组试片和薄片只能摩擦一次,并且规定了摩擦接触的距离。这样的规定对试验结果的重复性和精密度是有益的。

(2)滑动速率  橡胶的粘附摩擦力在低速滑动时出现峰值,而滞后摩擦力则在高速滑动时才出现峰值。考虑到实际应用,A法规定滑动速率为150±30mm/min,B法规定滑动速率为500±10mm/min。

(3)垂直压力  随着垂直压力的增加,摩擦力变大,但通常摩擦系数却变小了。这是因为橡胶与刚性表面接触的时候,其真实的接触面积不于垂直压力成正比例的缘故。A法中规定滑块的重量为2.0kg,即垂直压力为1.96N。而B法规定垂直压力为2.3N。

(4)环境温度  通常,随着接触面及空气温度上升,摩擦系数稍稍降低。这是因为橡胶温度上升时,橡胶分子由于热运动而变得更易于移动,从而减少了滞后损失,也就减小了滞后摩擦力。而当温度低于标准实验室温度时,从某一温度开始,摩擦系数也会随温度的降低而减小。因此,控制试验温度是很必要的。标准中取环境温度为23℃±2℃,相对湿度为60%~70%。

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