Page 62 - 《摩擦学学报》2021年第1期

第 1 期 宋淑媛, 等: 水介质中丁腈橡胶溶胀机理及其对磨粒磨损行为影响 59

2 结果与分析 的NBR样品受溶胀的影响程度随丙烯腈含量的增高
而降低.
2.1 溶胀行为及机理
为了进一步确认溶胀后橡胶样品质量减轻的本
首先通过静态溶胀试验研究了基于不同浸泡时
质，图5表示了三种丁腈橡胶基于不同溶胀时间的交
间的水溶胀行为和机理及其对丁腈橡胶物理和结构
联链比例变化度(Q )曲线(原始值N18 20.82%，N26
p
性能的影响. 样品随浸泡时间的质量变化度(Q )和体 22.56%，N41 27.74%). 从图5中可以看出，溶胀的NBR
wa
积变化度(Q )分别绘制在图3(a)和(b)中. 从图3可以看 交联链比例有所降低，且与丙烯腈含量的增加呈负相
v
出，N18、N26和N41的Q 和Q 在测试时间范围内与溶 关. 对于三种丙烯腈含量的丁腈橡胶，溶胀前48 h几乎
wa
v
胀时间呈正相关，三种橡胶的Q 在72 h 内从约 没有交联链破坏. N18在48 h后交联链破坏，其Q 在
wa
p
0.07%分别快速增长到0.49%、0.35%和0.18%. 72 h 后 120 h后逐渐趋于平衡. 交联密度与丙烯腈含量正相
Q 以低曲率进一步增加，并在溶胀240 h后逐渐趋于 关，随着丙烯腈含量的增加，丁腈橡胶交联密度增加
wa
稳定. 而Q 则需要更长的稳定时间，由此可以推测，某 导致橡胶分子间作用力增加、距离减小，溶剂进入及
v
些橡胶添加剂或小分子在溶胀过程中产生了溶解. 物质析出更加困难，N26和N41由于具有较高的交联
为了检查和验证该假设，对溶胀后的样品进一步 度，受溶胀造成的交联破坏影响滞后且程度较低. 与
进行了烘干测试. 烘干后三种丙烯腈含量NBR的质量 图4对比分析发现，溶胀导致烘干后质量下降的主要
变化度(Q )如图4所示. 从图4中可以看出，烘干后 原因为物质溶解，交联链的破坏则加剧了这一现象的
wb
NBR的质量下降且与溶胀时间呈负相关. N18的质量 发生.
损失率最大，240 h后的Q 分别为N26和N41的3.91和 为了更好地分析溶胀的机理，图6显示了受溶胀
wb
4.97倍. 从图3和图4可以清晰地看到，三种丙烯腈含量 影响最大的N18样品随溶胀时间变化的的横截面显微

0.8 (a) N18 0.9 (b) N18
N26 N26
0.7 N41 0.8 N41
0.6 0.7
Q wa /% 0.5 0.6
0.5
0.4
0.3 Q V /% 0.4
0.2 0.3
0.1 0.2
0.1
0 14 48 72 96 120 144 168 192 216 240 0 14 48 72 96 120 144 168 192 216 240
Immersed time/h Immersed time/h

Fig. 3 Variations of Q wa (a) and Q v (b) of the NBR samples in the water medium versus the immersion time
图 3 NBR样品在水介质中基于溶胀时间的Q wa (a)和Q v (b)变化曲线

0.00 30

−0.01
25
−0.02 Q p /%
Q wb /% −0.03 20

−0.04 N18 N18
N26 15 N26
−0.05 N41 N41
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240
Immersed time/h Immersed time/h

Fig. 4 Variations of Q wb of the NBR samples in the water Fig. 5 Variations of Q p of the NBR samples in the water
medium versus the immersion time medium versus the immersion time
图 4 NBR样品在水介质中基于溶胀时间的Q wb 变化曲线 图 5 NBR样品在水介质中基于溶胀时间的Q p 变化曲线