Резиновые материалы широко используются в шинах, конвейерных лентах, пескоструйных рукавах, резиновых валках и уплотнениях. Эти изделия часто подвергаются абразивному износу в процессе эксплуатации.
Типичные применения
Вращательные уплотнения валов
Области: Коленчатые валы автомобилей, редукторы, насосы, клапаны.
Требования: Сопротивление абразивному износу от смазок/загрязнений при скоростях >5 000 об/мин.
Проточные узлы насосов/клапанов
Области: Рабочие колеса шламовых насосов, футеровка насосов для десульфуризации.
Требования: Устойчивость к высокоскоростному воздействию твердых частиц (напр., известковый шлам). Для полиуретана скорость износа должна быть <0,1 см³/ч.
Степень износа напрямую влияет на срок службы. Повышение износостойкости резины — ключевая задача для промышленности.
 |  |
1. Природа износостойкости резины
Износостойкость — способность противостоять механическому истиранию. Ключевые факторы: сопротивление резанию, термостабильность, прочность на разрыв, твердость.
Стандарты испытаний:
ISO 4649 (Испытание абразивным барабаном): Измеряет объемную потерю (мм³).
ASTM D5963 (Абразивный износ вращением): Моделирует реальные условия трения.
Примечание: Единого стандарта ASTM не существует. Результаты зависят от типа резины и параметров испытаний.
2. Методы повышения износостойкости
2.1 Оптимизация дисперсии наполнителей
Ключевая роль — дисперсия сажи/диоксида кремния. При смешивании:
Сажу вводить на начальном этапе; избегать совместного ввода с маслами/полярными добавками.
Увеличить время смешивания (особенно для мелкодисперсных наполнителей).
2.2 Выбор сажи
Удельная поверхность/размер частиц: Мелкие частицы повышают износостойкость, но требуют тщательной дисперсии.
Высокоструктурная сажа: Эффективна в экстремальных условиях.
2.3 Упрочняющие смолы
Новолачные фенол-формальдегидные смолы с донорами метилена (HMT, HMMM) повышают твердость и износостойкость за счет сшивания.
2.4 Диоксид кремния
SiO₂ + силановые связующие значительно улучшают износостойкость (напр., шины, подошвы).
Высокодисперсный диоксид кремния (HDS): Усиливает дисперсию.
2.5 Наноструктурированная и LL-сажа
Наноструктурированная сажа: Снижает гистерезис в грузовых шинах.
Длинноцепная сажа (LL): Устойчива к разрушению при смешивании.
2.6 Армирование волокнами
Арамидные волокна (напр., пульпа Kevlar®, 15 ч.н.ч.) повышают направленную износостойкость (конвейерные ленты).
3. Дополнительные меры
3.1 Добавки
Дисульфид молибдена, фторуглероды (напр., PTFE) и силиконовые масла снижают трение.
3.2 Масла и молекулярная масса
Избыток масла снижает износостойкость.
Маслонаполненные мастербатчи: Высокая молекулярная масса улучшает износостойкость при сохранении технологичности.
Заключение
Для максимальной износостойкости необходим сбалансированный подбор материалов, оптимизация дисперсии наполнителей и рецептуры. Стратегическое использование сажи, смол, диоксида кремния и наномодификаторов обеспечит надежность в экстремальных условиях.
Сравнение характеристик резиновых материалов:
| Параметр | HNBR | FKM | NBR | EPDM | VMQ |
|---|---|---|---|---|---|
| Износостойкость | Отличная | Оч. хорошая | Хорошая | Средняя | Низкая |
| Макс. темп. (°C) | 150 | 200 | 120 | 150 | 230 |
| Маслостойкость | Оч. хорошая | Отличная | Оч. хорошая | Низкая | Средняя |
| Стойкость к кислотам/щелочам | Хорошая | Отличная | Средняя | Оч. хорошая | Средняя |
| Твердость (тип.) | 70-90 ед. Шора A | 70-90 ед. Шора A | 50-90 ед. Шора A | 50-80 ед. Шора A | 30-80 ед. |