發(fā)布時(shí)間：2020-11-01 13:19

　　 橡膠高分子材料作為一種重要的工業(yè)用原料,由于其獨(dú)特的性能,已在許多領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。磨耗性能作為評(píng)價(jià)橡膠性能的一個(gè)重要的指標(biāo),受到摩擦學(xué)系統(tǒng)中諸多因素的影響,也吸引了眾多學(xué)者的深入研究。而輪胎或橡膠零部件在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,由于受到周期性應(yīng)力的影響會(huì)產(chǎn)生大量的滯后生熱,由此而帶來(lái)溫度的提升。由于橡膠高分子材料獨(dú)特的熱物理性質(zhì),橡膠高溫磨耗特性及磨耗機(jī)理研究也就尤為重要。本文通過(guò)搭建高溫磨耗實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)模擬輪胎及橡膠零部件在使用過(guò)程中的滯后生熱。利用LEXT OLS4100 3D測(cè)量顯微鏡(LSCM)和Hitachi SU 8010電子掃描顯微鏡(SEM)實(shí)現(xiàn)橡膠磨損表面形貌圖像及輪廓、粗糙度特征參數(shù)的獲取。利用參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法得到粗糙度特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律,通過(guò)多元回歸分析的方法構(gòu)建磨耗性能和表面粗糙度特征參數(shù)的回歸模型。應(yīng)用分形理論及傅里葉紅外光譜對(duì)高溫磨損表面微觀形貌和力化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了表征�；诙喾N磨耗表面形貌表征方法,對(duì)橡膠高溫磨耗特性進(jìn)行了研究。本文研究?jī)?nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)基于3D測(cè)量顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測(cè)不同測(cè)試條件下的磨耗表面并提取磨損表面粗糙度特征參數(shù),得到實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件(角度、負(fù)荷和溫度)對(duì)磨損表面形貌結(jié)構(gòu)及表面輪廓特征的影響;對(duì)粗糙度參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到不同實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件下粗糙度參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布;基于大型數(shù)據(jù)處理SPSS軟件,通過(guò)多元回歸分析的方法構(gòu)建磨耗性能和表面粗糙度特征參數(shù)的回歸模型。(2)基于分形理論中的盒維數(shù)計(jì)算法,編寫(xiě)多重分形的MATLAB計(jì)算程序,并對(duì)黑白二值化后的磨損表面形貌圖片進(jìn)行多重分形計(jì)算,得到了不同溫度和角度下的多重分形譜曲線(xiàn)和相關(guān)參數(shù)值。(3)利用基于Akron磨耗試驗(yàn)機(jī)改進(jìn)的高溫磨耗實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量不同測(cè)試條件(溫度、角度、負(fù)荷和里程)下的橡膠磨耗率,得到了橡膠磨耗性能對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件的依賴(lài)性。(4)基于全數(shù)字化FT-IR VERTEX 70,對(duì)比80℃磨耗后的紅外光譜和對(duì)照組(磨損前)的紅外光譜,通過(guò)定性分析和定量計(jì)算可以發(fā)現(xiàn):經(jīng)過(guò)80℃下的高溫磨耗實(shí)驗(yàn)后,磨損表面主要發(fā)生了分子鍵斷裂和氧化降解兩種表面力化學(xué)反應(yīng)。(5)從橡膠磨耗表面微觀形貌及輪廓、粗糙度特征參數(shù)等方面對(duì)橡膠磨損微觀形貌進(jìn)行表達(dá),運(yùn)用分形理論中多重分型譜、傅里葉紅外光譜等手段對(duì)磨損表面進(jìn)行表征和分析。綜上所述,本文綜合運(yùn)用了多種手段和方法對(duì)橡膠磨耗性能與實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件的依賴(lài)性及橡膠磨耗性能和機(jī)理等方面進(jìn)行了較為深入的研究。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TQ330.1
【部分圖文】：

圖 1-1 技術(shù)路線(xiàn)Fig.1-1 Roadmap圖 1-1 為本文技術(shù)路線(xiàn)圖。結(jié)合技術(shù)路線(xiàn)圖，本文研究?jī)?nèi)容具體可分為以下幾個(gè)方面：（1） 根據(jù) GB/T 1689-2014，基于改進(jìn)的高溫磨耗試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行不同測(cè)試條件（里程、角度、負(fù)荷和溫度）下的高溫磨耗實(shí)驗(yàn)。建立橡膠磨耗性能與測(cè)試條件之間的聯(lián)系，為后續(xù)研究的進(jìn)行提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。（2） 通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)手段（3D 測(cè)量激光顯微鏡、SEM）對(duì)磨損表面的形貌和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行微觀表征，獲得磨損表面形貌圖像、表面形貌輪廓參數(shù)（波長(zhǎng)、波高等）及表面粗糙度特征參數(shù)等。建立試驗(yàn)測(cè)試條件與微觀形貌之間的聯(lián)系。（3） 運(yùn)用分形理論、多元線(xiàn)性回歸、參數(shù)統(tǒng)計(jì)等方法對(duì)磨損表面圖像及粗糙度特征參數(shù)進(jìn)行分析與處理，深度揭示實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件對(duì)磨損表面形貌結(jié)構(gòu)特征的影響，建立磨耗性能與粗糙度特征參數(shù)之間的多元線(xiàn)性耦合關(guān)系。（4） 運(yùn)用紅外光譜對(duì)高溫磨損表面進(jìn)行定性定量分析，對(duì)高溫磨損表面

得到更精確的試驗(yàn)結(jié)果，本文采用第二種加熱方式。并通過(guò)漏沙裝置來(lái)減少高溫膠屑粘附，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加強(qiáng)磨耗表面的清掃以帶走膠屑。通過(guò)膠輪中的內(nèi)置電阻絲來(lái)加熱，以模擬輪胎在滾動(dòng)過(guò)程中因周期性應(yīng)力而產(chǎn)生的滯后損失生熱。用熱電偶來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，實(shí)現(xiàn)了高溫條件下不同角度與壓力的磨耗實(shí)驗(yàn)，更加真實(shí)地模擬輪胎在實(shí)際路面滾動(dòng)的過(guò)程。待測(cè)膠條與凹槽中布滿(mǎn)電阻絲的膠輪被中墊膠合在一起制成待測(cè)膠樣。電阻絲通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)過(guò)滑環(huán)（防止導(dǎo)線(xiàn)隨膠輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而纏繞）與變壓器相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠樣的加熱升溫。膠樣靠近轉(zhuǎn)動(dòng)表面的位置插有熱電偶與溫控儀表相連，膠輪的溫度就實(shí)時(shí)顯示在溫控儀表上，如此就可以通過(guò)變壓器調(diào)節(jié)電流來(lái)控制膠輪的溫度。負(fù)荷為膠樣膠面所受砂輪壓力的大小，是通過(guò)磨耗機(jī)平衡尺上的刻度來(lái)調(diào)節(jié)的。角度指膠輪與砂輪之間的夾角，通過(guò)手動(dòng)旋柄控制。當(dāng)輪胎在路面上行駛滾動(dòng)時(shí)，輪胎胎肩部位溫度可達(dá)到 70~80℃，在該溫度下橡膠材料軟化，膠屑會(huì)由于粘性而粘結(jié)在膠輪上，所以設(shè)置如圖 2-1 所示的沙漏裝置，一方面是為了帶走膠屑，另一方面則是為了模擬真實(shí)路況。

圖 2-2 LEXT OLS4100 型 3D 測(cè)量顯微鏡光路圖Fig.2-2 Optical Path Map of LEXT OLS4100 3D Measuring MicroscopeOLS4100 型3D 測(cè)量顯微鏡相比于其它表面測(cè)量工具具有諸LEXT OLS 4100 可以實(shí)現(xiàn)非接觸式無(wú)損測(cè)量。由于傳感器接觸式和非接觸式之分。觸針式主要通過(guò)細(xì)針經(jīng)過(guò)表面的起受到針頭形狀和直徑的限制，觸針式有很大的局限性，并不真實(shí)形貌；而且，觸針在使用過(guò)程中很容易對(duì)表面產(chǎn)生損傷測(cè)量顯微如 LEXT OLS4100，不會(huì)受到觸針的限制，也不會(huì)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)前期準(zhǔn)備的無(wú)損測(cè)量。OLS 4100 在 XY 平面達(dá)到了 0.12 μm 的亞微米級(jí)的分辨率。于光子和波長(zhǎng)的光學(xué)顯微鏡，激光掃描顯微鏡（LSM）采用了導(dǎo)體激光，且配備有 OLYMPUS 特有的掃描型 2D 掃描儀，和 Galvano 振鏡分別負(fù)責(zé) X 方向和 Y 方向。如圖 2-2 所示的儀的軸和物鏡、瞳鏡處在共軛位置這一理想光學(xué)布局，實(shí)現(xiàn) 掃描的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 4096×4096 像素的高分辨率。
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