fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2024-45-2-89-100fwj-7Research ArticleСтатьиАбразивный износ резин на основе натурального каучука, технического углерода и полиоксадиазольного волокнаAbrasive Wear of Rubbers Based on Natural Rubber, Carbon Black and Polyoxadiazole FiberАдерихаВ. Н.AderikhaV. N.

ул. Кирова, 32а, г. Гомель 246050

Kirov St., 32a, Gomel 246050

vnad@tut.byМарусенкоН. А.MarusenkoN. A.

ул. Кирова, 32а, г. Гомель 246050

Kirov St., 32a, Gomel 246050

Государственное научное учреждение «Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси»БеларусьV.A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of National Academy of Sciences of BelarusBelarus20242609202645289100Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/7

Исследовано влияние размера частиц закреплённого абразива и модификаторов (низкомолекулярных жидких каучуков и сульфидосилана) на скорость изнашивания резин на основе натурального каучука (НК), технического углерода (ТУ) и полиоксадиазольного (ПОД) волокна. Модельные резиновые смеси готовили в смесителе закрытого типа, скорость абразивного изнашивания определяли на машине барабанного типа, структуру и механические свойства резин характеризовали статическими механическими испытаниями при растяжении, раздире, индентировании, а также ДМА. Поверхности трения анализировали с помощью СЭМ. Испытания показали, что введение волокна не влияет на скорость абразивного изнашивания исходной резины НК/ТУ независимо от размера зерна абразива. Введение модификаторов, повышающих модуль при растяжении М10, твёрдость HSh, сопротивление раздиру ТR, работу разрушения при растяжении А, степень сшивки γ снижает скорость изнашивания при трении по грубодисперсному абразиву, что характерно для абразивного изнашивания с преобладанием микрорезания. Наибольшее влияние, судя по величине коэффициента корреляции, оказывает величина М10, характеризующая прочность связи матрицы с волокном, что позволяет прогнозировать величину скорости изнашивания резин по результатам механических испытаний. При изнашивании по мелкодисперсному абразиву рост показателей М10, HSh ТR, γ напротив, увеличивает скорость изнашивания резины, а работа разрушения при растяжении А на неё практически не влияет. что обусловлено преобладанием усталостного механизма изнашивания, при котором скорость изнашивания увеличивается с контактными напряжениями, пропорционально показателям прочности, при этом наибольшее влияние на скорость изнашивания оказывает сопротивление раздиру.

The influence of the abrasive particle size and modifiers (low molecular weight liquid ribbers (LMWR), sulfidosilane) on the rate of wear on abrasive paper of rubbers based on natural rubber (NR), carbon black (CB) and polyoxadiazole (POD) fiber is studied as a function of structure and mechanical properties of rub-bers. Model rubber blends were prepared in a closed-type mixer, the abrasive wear tests were conducted on a drum-type machine, the structure and the mechanical properties of rubbers were characterized by DMA, static tensile tests, hardness measurements and tear resistance. The wear surfaces were analyzed by SEM. Tests have shown that the addition of fiber does not affect the rate of abrasive wear of the original NR/CB rubber regardless of the grain size of the abrasive. Addition of modifiers that increase the tensile modulus M10, hardness HSh, tear resistance TR, tensile strength A, degree of crosslinking γ reduces the wear rate at friction on coarse abrasive, which is characteristic of abrasive wear with a predominance of micro-cutting. The greatest influence, judging by the value of the correlation coefficient, is exerted by the value of M10, dependent on the bond strength between the matrix and the fiber, which allows to predict the wear rate of rubbers based on the results of mechanical tests. When worn on a fine abrasive paper, the increase in M10, HSh TR, γ on the contrary, raises the wear rate of rubber, and the tensile toughness has practically no effect on it. This is attributed to the predominance of the fatigue wear mechanism, in which the wear rate increases with contact stresses, in proportion to the strength properties, with tear resistance exerting the greater effect on the wear rate.

каучукволокнонизкомолекулярный каучуксиланабразивный износразмер частиц абразиваработа разрушениясопротивление раздируrubberfiberlow molecular weight rubberabrasive wearparticle sizetoughnesstear resistanceReferencesWagner S., Hüffer T., Klöckner P., Wehrhahn M., Hofmann T., and Reemtsma T. Tire Wear Particles in the Aquatic Environment - A Review on Generation, Analysis, Occurrence, Fate and Effects // Water Res. — 2018 (139), 83—100. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.03.051Wagner S., Hüffer T, Klöckner P., Wehrhahn M., Hofmann T., and Reemtsma T. Tire Wear Particles in the Aquatic Environment - A Review on Generation, Analysis, Occurrence, Fate and Effects // Water Res. — 2018 (139), 83—100. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.03.051Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. — Л.: Химия. — 1972Bartenev G.M., Lavrent’ev V.V. Trenie i iznos polimerov [Friction and wear of polymers]. — Leningrad: Khimiya. — 1972 (in Russian)Бродский Г.И., Евсратов В.Ф., Сахнов-ский Н.Л., Слюдиков Л.Д. Истирание резин. — М.: Химия. — 1975Brodskii G.I., Evstratov V.F., Sakhnovskii N.L., Sliudikov L.D. Istiranie rezin [Wear of rubbers]. — Moscow: Khimiya. — 1975 (in Russian)Jung J. and Sodano H. A. Aramid Nanofiber Reinforced Rubber Compounds for the Application of Tire Tread with High Abrasion Resistance and Fuel Saving Efficiency // ACS Appl. Polym. Mater. — 2020 (2), no. 11, 4874—4884. DOI: 10.1021/acsapm.0c00797Jung J. and Sodano H. A. Aramid Nanofiber Reinforced Rubber Compounds for the Application of Tire Tread with High Abrasion Resistance and Fuel Saving Efficiency // ACS Appl. Polym. Mater. — 2020 (2), no. 11, 4874—4884. DOI: 10.1021/acsapm.0c00797Jung J. and Sodano H. A. Synergetic Effect of Aramid Nanofiber-Graphene Oxide Hybrid Filler on the Properties of Rubber Compounds for Tire Tread Application // J. Appl. Polym. Sci. — 2022 (139), e51856. https://doi.org/10.1002/app.51856Jung J. and Sodano H. A. Synergetic Effect of Aramid Nanofiber-Graphene Oxide Hybrid Filler on the Properties of Rubber Compounds for Tire Tread Application // J. Appl. Polym. Sci. — 2022 (139), e51856. https://doi.org/10.1002/app.51856Zhang X., Chen Y., Yin Q., Wu J., Song W., Mohamed A., Jia H., Yang F., and Rui X. Highly Improved Compatibility and Mechanical Properties of Carboxylated Nitrile Rubber/Styrene Butadiene Rubber by Incorporating Modified Kevlar Nanofibers // Mater. Chem. Phys. — 2019 (238), 121926. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.121926Zhang X., Chen Y., Yin Q., Wu J., Song W., Mohamed A., Jia H., Yang F., and Rui X. Highly Improved Compatibility and Mechanical Properties of Carboxylated Nitrile Rubber/Styrene Butadiene Rubber by Incorporating Modified Kevlar Nanofibers // Mater. Chem. Phys. — 2019 (238), 121926. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.121926Sirisinha C., Sae-oui P., Suchiva K., and Thaptong P. Properties of Tire Tread Compounds Based on Functionalized Styrene Butadiene Rubber and Functionalized Natural Rubber // J. Appl. Polym. Sci. — 2019 (137), 48696. https://doi.org/10.1002/app.48696Sirisinha C., Sae-oui P., Suchiva K., and Thaptong P. Properties of Tire Tread Compounds Based on Functionalized Styrene Butadiene Rubber and Functionalized Natural Rubber // J. Appl. Polym. Sci. — 2019 (137), 48696. https://doi.org/10.1002/app.48696Molnar W., Varga M., Braun P., Adam K., and Badisch E. Correlation of Rubber Based Conveyor Belt Properties and Abrasive Wear Rates under 2-and 3-Body Conditions // Wear. — 2014 (320), 1—6Molnar W., Varga M., Braun P., Adam K., and Badisch E. Correlation of Rubber Based Conveyor Belt Properties and Abrasive Wear Rates under 2-and 3-Body Conditions // Wear. — 2014 (320), 1—6Zhong J., Luo Z., Hao Z., Guo Y., Zhou Z., Li P., and Xue B. Enhancing Fatigue Properties of Styrene Butadiene Rubber Composites by Improving Interface Adhesion Between Coated Aramid Fibers and Matrix // Composites Part B. — 2019 (172), 485—495. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.05.091Zhong J., Luo Z., Hao Z., Guo Y., Zhou Z., Li P., and Xue B. Enhancing Fatigue Properties of Styrene Butadiene Rubber Composites by Improving Interface Adhesion between Coated Aramid Fibers and Matrix // Composites Part B. — 2019 (172), 485—495 https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.05.091Xu D., Karger-Kocsis J., and Schlarb A. K. Friction and Wear of HNBR with Different Fillers under Dry Rolling and Sliding Conditions // eXPRESS Polym. Lett. — 2009 (3), no. 2, 126—136. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2009.16]Xu D., Karger-Kocsis J., and Schlarb A. K. Friction and Wear of HNBR with Different Fillers under Dry Rolling and Sliding Conditions // eXPRESS Polym. Lett. — 2009 (3), no. 2, 126—136. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2009.16]Адериха В.Н., Коваль В.Н., Марусенко Н.А. Усиление резины на основе натурального каучука и технического углерода полиоксадиазольным волокном, силаном и низкомолекулярными каучуками // Полимерные материалы и технологии. — 2023 (9), № 4, 50—59Aderikha V.N., Koval V.N., Marusenko N.A. Usilenie reziny na osnove natural’nogo kautchuka I tehnicheskogo ugleroda polioksadiazol’nym voloknom, silanom I nizkomolekulyarnymi rautchukami [Reinforcement of rubber based on natural rubber and carbon black with polyoxadiazole fiber and low molecular weight rubbers] // Polimernye materialy i tehnologii [Polymer materials and technologies]. — 2023 (9), no. 4, 50—59 (in Russian)Saramolee P., Sahakaro K., Lopattananon N., Dierkes W.K., and Noordermeer J.W.M. Comparative Properties of Silica- and Carbon Black Reinforced Natural Rubber in the Presence of Epoxidized Low Molecular Weight Polymer // Rubber Chem. Techn. — 2014 (87), no. 2, 320—339Saramolee P., Sahakaro K., Lopattananon N., Dierkes W.K., and Noordermeer J.W.M. Comparative Properties of Silica- and Carbon Black Reinforced Natural Rubber in the Presence of Epoxidized Low Molecular Weight Polymer // Rubber Chem. Techn. — 2014 (87), no. 2, 320—339Liang H., Fukahori Y., Thomas A.G., and Busfield J.J.C. The Steady State Abrasion of Rubber: Why are the Weakest Rubber Compounds So Good in Abrasion? // Wear. — 2010 (268), 756—762Liang H., Fukahori Y., Thomas A.G., and Busfield J.J.C. The Steady State Abrasion of Rubber: Why are the Weakest Rubber Compounds So Good in Abrasion? // Wear. — 2010 (268), 756—762Адериха В.Н., Коваль В.Н., Марусенко Н.А. Модифицирование резины на основе натурального каучука и технического углерода полиоксадиазольным волокном, силаном и низкомолекулярными каучуками // Полимерные материалы и технологии. — 2023 (9), № 3, 29—38Aderikha V.N., Koval V.N., Marusenko N.A. Vliyanie nizkomolekulyarnykh kauchukov na mehanicheskie svoistva reziny na osnove natural’nogo kauchuka i polioksadiazol’nogo volokna [Effect of low molecular weight rubber on mechanical properties of rubber based on natural rubber and polyoxadiazole fiber] // Polimernye materially I tehnologii [Polymer materials and technologies]. — 2023 (9), no. 3, 29—38 (in Russian)Tiwari S. and Bijwe J. Influence of Fiber–Matrix Interface on Abrasive Wear Performance of Polymer Composites // J. Reinf. Plast. Comp. — 2014 (33), no. 2, 115—126Tiwari S. and Bijwe J. Influence of Fiber–Matrix Interface on Abrasive Wear Performance of Polymer Composites // J. Reinf. Plast. Comp. — 2014 (33), no. 2, 115—126

The authors declare that there are no conflicts of interest present.