Page 63 - 《摩擦学学报》2021年第1期

60 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

50 μm 50 μm 50 μm 50 μm

(a) 0 (b) 24 h (c) 72 h (d) 240 h

Fig. 6 Morphologies in the cross-section of immersed N18 samples in the water medium vs the immersion time
图 6 N18样品在水介质中基于时间的横截面形态变化的扫描电镜照片

图. 由图6可以看到，溶胀初期，橡胶横截面上出现雾 内部结构得到扩张，表现为质量及厚度增加(Δh ). 分
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状析出物，随着溶胀时间的增加，析出物含量增加. 当 子链扩张的同时为液体介质提供了更多的内部空间，
水分子大量进入到橡胶组织中引起物质溶解和分子 水分子的不断进入和橡胶链段长时间的拉伸导致交
链断裂，样品横截面上出现了点状析出及孔洞. 交联 联链断裂，两者的共同作用下导致橡胶材料某些添加
链的破坏由表层逐渐向橡胶内部延伸，并于240 h 后 剂和小分子如酯类增塑剂和胺类防老剂溶解 [22，25] ，橡

的溶胀平衡阶段在橡胶表面形成明显的溶胀层. 胶样品本质上质量下降但体积仍在增加，表现为厚度
图7 为丁腈橡胶的溶胀过程图. 图7(a)为橡胶样品 增至Δh . 基于NBR分子链网络扩张所产生的应力导
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原始件，假设在未进行溶胀试验前每种丁腈橡胶都有 致的弹性收缩与溶胀引起的弹性拉伸处于竞争阶段，
其对应溶液的可溶胀层厚度(h ). 当浸入水介质后，在 当两个作用逐渐趋于相互抵消，则会最终实现溶胀平
x
压差存在条件下，水分子渗透到丁腈橡胶结构中，从 衡. 由此可知，每种丁腈橡胶在不同溶剂下浸泡不同
而导致溶胀行为. 液体介质进入分子网络后，NBR的 时间都应存在相应的静态溶胀影响层h.

NBR sample
Water solvent
Water molecule
Dissolved substances Δh 1 Δh 2
h h
h x
h x h x

(a) Original state (b) Liquid medium penetration (c) Substance dissolution
Fig. 7 Swelling process of nitrile rubber samples
图 7 丁腈橡胶试样溶胀过程图

2.2 溶胀对磨粒磨损行为影响
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本节中主要对不同丙烯腈含量丁腈橡胶的湿磨
粒磨损行为进行研究. 为了更好地分析溶胀丁腈橡胶 70
的磨损机理，首先对试样在不同溶胀时间影响下的硬 Shore hardness/A
度变化进行了测试. 图8显示了NBR样品硬度与溶胀 65
时间的关系曲线. 可以看出，浸入水介质后受丁腈橡 N18
N26
胶分子链拉伸、断裂及物质溶解的综合影响，N18、 N41
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N26和N41的硬度随溶胀时间的增加而逐渐下降. 下 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240
Immersed time/h
降程度随丙烯腈含量的增加而减少.
Fig. 8 Variations of the hardness of the NBR samples in the
为了更系统地讨论溶胀对不同粒型磨粒作用下 water medium versus the immersion time
水环境中NBR的摩擦学性能影响，分别对圆型及角型 图 8 NBR样品在水介质中基于溶胀时间的硬度变化曲线