Абразивный износ резин на основе натурального каучука, технического углерода и полиоксадиазольного волокна

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.

1. Wagner 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.2018.03.051

2. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. — Л.: Химия. — 1972

3. Бродский Г.И., Евсратов В.Ф., Сахнов-ский Н.Л., Слюдиков Л.Д. Истирание резин. — М.: Химия. — 1975

4. 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.0c00797

5. Jung 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.51856

6. Zhang 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.2019.121926

7. Sirisinha 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.48696

8. Molnar 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—6

9. Zhong 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.2019.05.091

10. 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]

11. 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—59

12. 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—339

13. Liang 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—762

14. Адериха 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—38

15. 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—126