橡膠高分子材料作為一種重要的工業(yè)用原料,由于其獨特的性能,已在許多領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。磨耗性能作為評價橡膠性能的一個重要的指標,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際應(yīng)用過程中,由于受到周期性應(yīng)力的影響會產(chǎn)生大量的滯后生熱,由此而帶來溫度的提升。由于橡膠高分子材料獨特的熱物理性質(zhì),橡膠高溫磨耗特性及磨耗機理研究也就尤為重要。本文通過搭建高溫磨耗實驗平臺來模擬輪胎及橡膠零部件在使用過程中的滯后生熱。利用LEXT OLS4100 3D測量顯微鏡(LSCM)和Hitachi SU 8010電子掃描顯微鏡(SEM)實現(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)計方法得到粗糙度特征參數(shù)的統(tǒng)計分布規(guī)律,通過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高溫磨損表面微觀形貌和力化學(xué)反應(yīng)進行了表征。基于多種磨耗表面形貌表征方法,對橡膠高溫磨耗特性進行了研究。本文研究內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)基于3D測量顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測不同測試條件下的磨耗表面并提取磨損表面粗糙度特征參數(shù),得到實驗測試條件(角度、負荷和溫度)對磨損表面形貌結(jié)構(gòu)及表面輪廓特征的影響;對粗糙度參數(shù)進行統(tǒng)計分析,得到不同實驗測試條件下粗糙度參數(shù)的統(tǒng)計分布;基于大型數(shù)據(jù)處理SPSS軟件,通過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)計算法,編寫多重分形的MATLAB計算程序,并對黑白二值化后的磨損表面形貌圖片進行多重分形計算,得到了不同溫度和角度下的多重分形譜曲線和相關(guān)參數(shù)值。(3)利用基于Akron磨耗試驗機改進的高溫磨耗實驗平臺測量不同測試條件(溫度、角度、負荷和里程)下的橡膠磨耗率,得到了橡膠磨耗性能對實驗測試條件的依賴性。(4)基于全數(shù)字化FT-IR VERTEX 70,對比80℃磨耗后的紅外光譜和對照組(磨損前)的紅外光譜,通過定性分析和定量計算可以發(fā)現(xiàn):經(jīng)過80℃下的高溫磨耗實驗后,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)等方面對橡膠磨損微觀形貌進行表達,運用分形理論中多重分型譜、傅里葉紅外光譜等手段對磨損表面進行表征和分析。綜上所述,本文綜合運用了多種手段和方法對橡膠磨耗性能與實驗測試條件的依賴性及橡膠磨耗性能和機理等方面進行了較為深入的研究。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ330.1
【部分圖文】：

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

得到更精確的試驗結(jié)果，本文采用第二種加熱方式。并通過漏沙裝置來減少高溫膠屑粘附，同時在實驗過程中加強磨耗表面的清掃以帶走膠屑。通過膠輪中的內(nèi)置電阻絲來加熱，以模擬輪胎在滾動過程中因周期性應(yīng)力而產(chǎn)生的滯后損失生熱。用熱電偶來實時監(jiān)測溫度，實現(xiàn)了高溫條件下不同角度與壓力的磨耗實驗，更加真實地模擬輪胎在實際路面滾動的過程。待測膠條與凹槽中布滿電阻絲的膠輪被中墊膠合在一起制成待測膠樣。電阻絲通過導(dǎo)線經(jīng)過滑環(huán)（防止導(dǎo)線隨膠輪的轉(zhuǎn)動而纏繞）與變壓器相連接，實現(xiàn)對膠樣的加熱升溫。膠樣靠近轉(zhuǎn)動表面的位置插有熱電偶與溫控儀表相連，膠輪的溫度就實時顯示在溫控儀表上，如此就可以通過變壓器調(diào)節(jié)電流來控制膠輪的溫度。負荷為膠樣膠面所受砂輪壓力的大小，是通過磨耗機平衡尺上的刻度來調(diào)節(jié)的。角度指膠輪與砂輪之間的夾角，通過手動旋柄控制。當輪胎在路面上行駛滾動時，輪胎胎肩部位溫度可達到 70~80℃，在該溫度下橡膠材料軟化，膠屑會由于粘性而粘結(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路況。

圖 2-2 LEXT OLS4100 型 3D 測量顯微鏡光路圖Fig.2-2 Optical Path Map of LEXT OLS4100 3D Measuring MicroscopeOLS4100 型3D 測量顯微鏡相比于其它表面測量工具具有諸LEXT OLS 4100 可以實現(xiàn)非接觸式無損測量。由于傳感器接觸式和非接觸式之分。觸針式主要通過細針經(jīng)過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，并不真實形貌；而且，觸針在使用過程中很容易對表面產(chǎn)生損傷測量顯微如 LEXT OLS4100，不會受到觸針的限制，也不會可以實現(xiàn)無前期準備的無損測量。OLS 4100 在 XY 平面達到了 0.12 μm 的亞微米級的分辨率。于光子和波長的光學(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 振鏡分別負責 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，實現(xiàn) 掃描的同時，實現(xiàn)了高達 4096×4096 像素的高分辨率。
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