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1、体润滑剂对丁腈橡胶复合材料性能的影响摘要:将石墨石墨烯以及两种不同尺寸的二硫化钼分别引入丁腈橡胶复合材 料，考察四种固体润滑剂对复合材料性能，尤其是摩擦学性能的影响。结果表明，石 墨烯的引入使丁腈橡胶复合材料的硬度及模量明显上升,扯断伸长率下降;而二硫 化钼的引入有利于提高材料的撕裂性能。在干摩擦条件下，石墨烯的引入可有效提 高材料的耐磨性并降低材料的摩擦系数，这得益于石墨烯对复合材料的润滑作用 和硬度提高作用。此外，引入石墨和较大尺寸的二硫化钼亦可改善材料的耐磨性。 在水润滑条件下，二硫化钼对降低摩擦系数的作用最好，石墨烯最有利于提高材料 的耐磨性。关键词:丁腈橡胶;固体润滑剂;石墨烯;力学
2、性能丁腈橡胶（NBR）具有良好的耐磨性及耐疲劳性，是螺杆泵定子、水润滑轴承等 领域最常用的橡胶基质。在上述应用中，对NBR在干摩擦及水润滑条件下的摩擦学 性能提出了较高要求，即要求材料具有较高的耐磨性及较低的摩擦系数（COF）。提 高橡胶的摩擦学性能可延长橡胶制品的使用寿命、降低能耗。本研究将G、GN和两 种不同尺寸的MoS2分别引入NBR基复合材料中，研究四种固体润滑剂对复合材料 硫化特性、物理机械性能的影响及其机理。1 实验部分1.1 原材料NBR,牌号NANCAR1051,镇江南帝化工有限公司产品;MoS2（本研究中命名为 MoS2-1）,天津市北联精细化学品开发有限公司产品;MoS2（
3、本研究中命名为MoS2-2） 和G，国药集团化学试剂有限公司产品;GN,牌号SE1232（粒径7.06 口 m，比表面积 180280m2/g）,常州第六元素材料科技股份有限公司产品;玄武岩纤维，牌号BC11- 200,直径（112） 口m,四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司产品，于实验室中切成长4mm的短纤维;炭黑，牌号N550,卡博特（中国）投资有限公司产品。其他原料如活化 剂氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、促进剂CBS和不溶性硫黄等均为市售品，直接使用。1.2 试样制备制备试样的基本配方为:NBR100份（质量，下同），氧化锌5份,硬脂酸1份,炭 黑N55050份，防老剂RD1.2份，不溶性硫黄
4、1.5份,促进剂CBS1份，玄武岩纤维12 份,固体润滑剂0/5份。在初始转速35r/min、温度90C的密炼机中依次加入NBR、 氧化锌、硬脂酸、防老剂RD和炭黑并混炼8min。将密炼后的胶料加入双辊开炼机中 包辊，再依次加入促进剂CBS、不溶性硫黄和玄武岩纤维,而后加入固体润滑剂。将 制得的试样用普通平板硫化机进行硫化，硫化温度为155C，硫化时间为正硫化时 间（t90）加2min,硫化压力为10MPa。将空白对照试样及分别加入固体润滑剂MoS2- 1、MoS2-2、G 和 GN 的试样依次命名为 Ref、MR-1、MR-2、GR 和 GNR。1.3 分析与测试微观形貌用日本JEOL公司生
5、产的JSM-7500F型扫描电镜（SEM）观察固体润滑 剂的结构特征和尺寸大小，以及在NBR基质中的分散情况和复合材料的磨损表面 形貌。硫化特性根据GB/T165841996,用美国Alpha股份有限公司生产的 MDR2000型无转子硫化仪测试混炼胶的硫化特性，测试温度155C，测试时间40min 。物理机械性能根据GB/T531.12008，用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT- GS-MB型邵尔A型硬度计测试复合材料的硬度;根据GB/T16812009，用台湾高铁 科技股份有限公司生产的 GT-7042-RDH 型高温回弹试验机测试复合材料的回弹性; 复合材料的拉伸和撕裂性能用德国Zwic
6、k股份有限公司生产的Z005型万能电子 拉力机分别按照 GB/T5282009 和 GB/T5292008 进行测试，夹持器移动速率为 500mm/min。2 结果与讨论2.1SEM分析由图1可以看出,MoS2-l、MoS2-2、G和GN均具有明显的片层状结构,MoS2-l 的粒径较MoS2-2更大,GN粒径最小。由图1可以看出，MoS2-1、MoS2-2、G和GN在 NBR基质中均实现了均匀分散。图 1 不同固体润滑剂填料的扫描电镜照片2.2 硫化特性由图2和表1可以看出，加入GN后NBR混炼胶的最小转矩(ML)和最大转矩 (MH)均有明显升高，而其他固体润滑剂的引入则对转矩影响不大。这是由
7、于GN不 仅刚性高，并且其表面积大、表面活性高，与橡胶分子链有较强的相互作用。但是四 种固体润滑剂的引入均对复合材料焦烧时间(t 10)和t90的影响较小。图 2 不同固体润滑剂填充丁腈橡胶复合材料的照片表1丁腈橡胶填充橡胶的固化特性不同的固体润滑剂填料(lIiararlrnHlifsllrfMll-lCNR2A62.372.102303.80Wil /Gl.N - ru)21.6?19.792U.99(V,i - VL)/(dN - m)IK 1919.2H17.6424.55j|g/lTUI：l2.4232.42323如/mi i.i1L311/；12.(J11.X12.22.3 物理机械
8、性能GN 的引入提高了 NBR 复合材料的硬度,而其他润滑剂对材料的硬度无明显影 响,这是由GN所具有的高刚度决定的。另外，由于固体润滑剂的添加量较少，因此 对复合材料的密度和回弹性均无明显影响。另外，作为小尺寸、高表面活性的刚性 粒子,GN与橡胶分子链具有较强的相互作用，其限制了橡胶分子链的运动,使分子 链的滑移能力下降，因而它的引入使得材料的定伸应力提高而扯断伸长率明显下 降。相对而言,MoS2-l、MoS2-2和G的加入对复合材料拉伸性能的影响较小。另 外,MoS2的引入最有利于提高复合材料的撕裂强度，且尺寸较大的MoS2-l的效果 更好,这可以归因于其兼具较高刚性和较大尺寸,有效阻碍了
9、撕裂过程中的裂纹扩 展。3 结论1.GN的引入使NBR复合材料的MH和ML都明显增大，四种固体润滑剂对材料的 硫化时间均无明显影响b)GN的引入明显提高了 NBR复合材料的硬度和模量，但降 低了扯断伸长率;而MoS2的引入则有利于改善材料的撕裂性能，尤其以尺寸较大 的MoS2T最为有效。此外,GN的引入还可以提高复合材料在室温下的储能模量，并 降低最大损耗因子。参考资料:1 王哲，王世杰，吕晓仁潜油螺杆泵定子橡胶摩擦磨损行为研究J.机械设 计与制造，2014(2):163-166.2 董慧民,牟维琦,史海燕,等.石墨烯填充丁腈橡胶纳米复合材料研究进展 J.航空材料学报,201 & 38(5):36-46.3 江晓红,YarmolenkoMA,RogachevAV,等.聚合物复合薄膜改性橡胶表面结 构及其摩擦性能研究J.摩擦学学报,2007,27(2):106-111.
