我国的石墨资源非常丰富,储量、产量和出口量均位居世界前列。合理利用石墨资源,加大其在橡胶材料中的应用研究,对于实现绿色橡胶工业具有重要意义。
在动态工况下表面和内部摩擦会导致橡胶材料生热和磨损,直至失效。石墨作为润滑剂,可减小橡胶材料的摩擦因数,提高橡胶材料的耐磨性能,有效延长橡胶制品的使用寿命。
这是因为与碳纤维和聚四氟乙烯(PTFE)等润滑材料相比,石墨的层状结构使其层内碳原子的结合力比层间碳原子结合力大100多倍,层间极易滑动,产生低摩擦滑移。二硫化钼虽然也是性能优异的片层结构无机润滑和减摩材料,且化学性质稳定,但是不适用于高温条件,使用温度不宜超过 400 ℃;同时二硫化钼中的硫元素会对环境造成污染,不符合绿色工业化方向。石墨是环境友好矿物材料,是 非常理想的高温润滑剂,在复杂环境下也可以表 现出优良的润滑性能。
1、石墨用量对橡胶材料耐磨性能影响很大。
为减小二硫化钼用量,方晓波等研究了石墨和二硫化钼并用对氟橡胶(FKM)摩擦性能的影响。结果表明:随着石墨和二硫化钼用量增大,FKM的热稳定性提高,摩擦因数和磨耗量先增大后减小;当石墨质量分数为0. 03和二硫化钼质量分数为0. 05 时,FKM摩擦因数和磨耗量最小,耐磨性能最好。
杨建采用乳液共混的方法制备了晶质石墨/丁腈橡胶(NBR)纳米复合材料,考察了晶质石墨粒径对复合材料摩擦性能的影响。结果表明,采用粒径较小的晶质石墨作填料,可以在保持复合材料物理性能的同时,减小复合材料的摩擦因数,同时提升复合材料的气体阻隔性能、导电性能和导热性能等。
史俊红等对超细石墨/氢化丁腈橡胶(HNBR)复合材料的耐磨性能和物理性能进行了研究。结果表明:随着超细石墨用量增大,复合材料的邵尔A型硬度变化不大,100%定伸应力增大,磨耗量先增大后减小;当石墨用量达到40份时,复合材料的摩擦因数最小。
秦红玲等在NBR中加入超高相对分子质量聚乙烯和石墨,制得低摩擦、低噪声舰船尾管水润滑轴承材料。该材料的摩擦性能和物理性能 达到我国GB/T 769—2008《船用整体式橡胶轴承》和美国MIL-DTL-17901C(SH)要求,在低转速下摩擦因数更小,同时该材料的减振降噪性能良好。该材料是一种综合性能优异的水润滑轴承材料。
2、石墨与二硫化钼作为橡胶填料具有协同作用。
杨汉祥等采用机械共混法制备了晶质石墨/二硫 化钼/NBR复合材料,考察了晶质石墨和二硫化钼用量对复合材料物理性能和摩擦性能的影响,并用扫描电子显微镜观察了晶质石墨和二硫化钼在 橡胶基体中的分散状况。结果表明:晶质石墨/二硫化钼/NBR复合材料的邵尔A型硬度、拉伸强度和撕裂强度均高于晶质石墨/NBR复合材料和二硫化钼/NBR复合材料;当晶质石墨用量为10份和二硫化钼用量为7份时,复合材料的物理性能最佳,且晶质石墨和二硫化钼在橡胶基体中的分散性最好,复合材料的摩擦因数为最小值0. 7。
石墨的摩擦机理也是目前的研究热点。较为主流的“吸着说”认为,石墨表面之所以能形成良好的润滑膜以及石墨转移至高分子材料表面形成润滑膜,是由于石墨基体吸附了各种气体分子和其他杂原子,缓解了石墨晶格缺陷所引起的力场不平衡,降低了石墨的表面能。
姜国栋对二硫化钼/石墨/PTFE复合材料进行了摩擦性能研究。分析得出,石墨和二硫化钼减磨的主要机理是二者转移至复合材料表面上形成了润滑膜以及其自润滑特性,使得复合材料的摩擦因数减小,耐磨性能提高。方晓波等认为,石墨和二硫化钼转移至 FKM表面形成的润滑膜可以减少FKM与摩擦面的直接接触,使摩擦发生在FKM与润滑膜和摩擦面与润滑膜之间,从而大大减小FKM的摩擦因数。另外还发现,未填充石墨的FKM材料的磨损主要是磨粒磨损,填充石墨的FKM材料的磨损除磨粒磨损外,还有粘着磨损。胡亚非等认为,决定石墨/高分子复合材料摩擦性能的主要因素是润滑膜成膜条件和润滑膜重构速度与解附速度。
►欢迎进入【粉体论坛】
更多精彩!欢迎扫描下方二维码关注中国粉体技术网官方微信(bjyyxtech)
|