CN109154547B

CN109154547B - 橡胶的耐磨耗性评价方法

Info

Publication number: CN109154547B
Application number: CN201780029998.XA
Authority: CN
Inventors: 侯刚; 畑中进
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: JP6794684B2; US20190310175A1; AU2017296469B2; AU2017296469A1; CN109154547A; DE112017003531T5; JP2018009822A; WO2018012023A1; US10989641B2

Abstract

本发明提供一种能进行可靠性高的评价的橡胶的耐磨耗性评价方法。将橡胶的试验样品S朝向通过驱动电机5而旋转的旋转体4的圆周面4a在规定的固定位置以作用力F进行压接，并且将所述试验样品S在始终允许向所述作用力F的相反方向的移动的状态下进行保持，而进行使所述试验样品S磨耗的磨耗试验，在评价耐磨耗性时，除了所述试验样品S的磨耗量D以外，还使用基于所述磨耗试验中的所述驱动电机5的旋转驱动所需的功率W以及所述试验样品S的温度T这两个项目中的至少一个项目的指标。

Description

橡胶的耐磨耗性评价方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶的耐磨耗性评价方法，更详细而言，涉及一种能进行可靠性高的评价的橡胶的耐磨耗性评价方法。

背景技术

以往，作为评价橡胶的耐磨耗性的试验机，已知有DIN磨耗试验机、威廉姆斯磨耗试验机。这些磨耗试验机基本上基于由试验得到的橡胶的磨耗量来评价耐磨耗性。

作为评价橡胶的耐磨耗性的其他方法，例如提出有为了评价轮胎的胎面橡胶而将旋转的橡胶试验片的周面按压于旋转的磨具的周面，使橡胶试验片磨耗的方法(参照专利文献1)。通过该提出的方法，能在将使试验片旋转的扭矩变化为所希望的模式等近似于实际的轮胎的条件下实施试验。

但是，由于以往的评价方法仅关注磨耗量这一个评价项目来评价耐磨耗性，因此，有时仅通过单独的评价项目会无法充分地评价橡胶的耐磨耗性。因此，对于进行更高可靠性的评价来说，存在改善的余地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-185475号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种能进行可靠性高的评价的橡胶的耐磨耗性评价方法。

技术方案

为了达到上述目的，本发明的橡胶的耐磨耗性评价方法的特征在于，通过对橡胶的试验样品赋予朝向通过驱动电机而旋转的旋转体的圆周面的作用力，来将所述试验样品在规定的固定位置压接于所述圆周面，并且将所述试验样品在始终允许向所述作用力的相反方向的移动的状态下进行保持，而进行使所述试验样品的与所述圆周面的接触面磨耗的磨耗试验，除了所述试验样品的磨耗量以外，还基于所述磨耗试验中的所述驱动电机的旋转驱动所需的功率以及所述试验样品的温度这两个项目中的至少一个项目，评价所述试验样品的耐磨耗性。

有益效果

根据本发明，在进行上述的磨耗试验来评价试验样品的耐磨耗性时，由于不仅使用所述试验样品的磨耗量，还使用基于所述磨耗试验中的所述驱动电机的旋转驱动所需的功率以及所述磨耗试验中的所述试验样品的温度这两个项目中的至少一个项目的评价指标，因此，能进行不偏重于磨耗量的数据的可靠性高的评价。

附图说明

图1是以主视视角举例示出用于评价本发明的橡胶的耐磨耗性的试验装置的说明图。

图2是以俯视视角举例示出图1的试验装置的一部分的说明图。

图3是举例示出粘滑(stick-slip)现象的说明图。

图4是举例示出旋转体的圆周面的圆周速度为某规定速度的情况下的试验样品的磨耗量与作用力的关系的曲线图。

图5是举例示出将圆周面的圆周速度设为图3的3倍的情况下的磨耗量与作用力的关系的曲线图。

图6是举例示出磨耗量与表观摩擦能量的关系的曲线图。

图7是举例示出圆周面的圆周速度与驱动电机的功率以及试验样品的动摩擦系数的关系的曲线图。

图8是举例示出驱动电机的功率的变动的曲线图。

图9是举例示出试验样品的温度变化的曲线图。

具体实施方式

以下，基于图示的实施方式，对本发明的橡胶的耐磨耗性评价方法进行说明。

在本发明中，使用图1～图2中举例示出的试验装置1。在该试验装置1中，作为试验对象的橡胶的试验样品S使用块状等块体，而不是环状体。该试验装置1具备：保持试验样品S的保持部3，旋转体4，将旋转体4旋转驱动的驱动电机5，以及压接机构10。而且，该试验装置1具备功率计(dynamometer)6a、温度传感器6b、摄像机6c、控制部7、温度调节机构8以及刮削器16，除了功率计6a以及控制部7以外的构成零件会被设置于基底2之上的壳体2a覆盖。

保持部3拆装自如地保持试验样品S。保持部3并不限于一个，还可以设置多个。

旋转体4是圆柱状或圆筒状的研磨轮，具有试验样品S所接触的圆周面4a。圆周面4a成为相对于试验样品S的研磨面。旋转体4能以设于此圆中心的旋转轴4b为中心旋转。

对于圆周面4a的材质、表面粗糙度等，根据试验条件选择适当的规格。例如，构成为事先准备圆周面4a的规格不同的多个旋转体4，根据需要的圆周面4a的规格来更换旋转体4。或者，也可以设为仅能更换圆周面4a的旋转体4。在该情况下，将需要的规格的圆周面4a装接于旋转体4的芯。

驱动电机5与控制部7连接。通过控制部7将旋转体4(旋转轴4b)的旋转速度控制为所希望的速度。已知旋转体4的外径，因此在控制部7计算出圆周面4a的圆周速度V。在该实施方式中，驱动电机5与控制部7经由功率计6a连接。功率计6a计测出旋转体4的旋转驱动所需的驱动电机5的功率W。由功率计6a得到的计测数据被输入、存储于控制部7。

压接机构10对保持于保持部3的试验样品S赋予朝向圆周面4a的作用力F。由此，使保持于保持部3的试验样品S相对于旋转驱动的旋转体4在规定的固定位置压接于圆周面4a。压接机构10进一步构成为始终允许试验样品S向作用力F的相反方向移动。

具体而言，该实施方式的压接机构10由连结有保持部3的L字状的保持臂11a、一端与保持臂11a连接的金属线12以及与该金属线12的另一端连接的锤15构成。与旋转体4的旋转轴4b平行配置的支承轴14贯通竖立设置于基底2的支柱11，而被旋转自如地支承。在该支承轴14的一端部固定有保持臂11a，在另一端部固定有平衡器13。

锤15的重量经由金属线12作用于保持臂11a。因此，通过金属线12的张力，与保持臂11a一体化的保持部3与试验样品S一同以支承轴14为中心旋转。即，锤15的重量作用于保持于保持部3的试验样品S，对试验样品S赋予朝向圆周面4a的作用力F。

可以通过变更锤15的重量容易地改变作用力F的大小。或者，也可以通过变更金属线12相对于保持臂11a的连接位置与支承轴14的水平距离、平衡器13的重量，来变更作用力F的大小。此外，还可以以在拆除锤15的状态下作用力F成为零的方式设置平衡器13。例如，以抵消在拆除锤15的状态下的压接机构10的自重而作用力F成为零的方式，选择平衡器13的重量和自支承轴14的距离。以在拆除锤15的状态下作用力F成为零的方式设置平衡器13，且通过使试验样品S与支承轴14的距离和金属线12相对于保持臂11a的连接位置与支承轴14的距离相等，能使锤15的重量与作用力F相等。

与圆周面4a对置的试验样品S的表面始终处于通过固定大小的作用力F(规定载荷)按压并接触于圆周面4a的状态。作用力F的朝向优选设为朝向旋转体4的旋转中心(旋转轴4b)的方向。通过设为该方向，能通过作用力F使试验样品S稳定地按压并接触于圆周面4a。为了使以支承轴14为中心的保持臂11a的旋转顺畅，例如可以以经由轴承的方式通过支柱11对支承轴14进行支承。

在此，试验样品S仅基于锤15的重量而被按压向圆周面4a。因此，通过保持臂11a以支承轴14为中心旋转，试验样品S能常时(始终)向作用力F的相反方向移动。与此相伴，如果对试验样品S作用作用力F的相反方向的力，则试验样品S可以向从圆周面4a背离的方向移动。

压接机构10并不限于该实施方式中举例示出的构成。压接机构10只要是对保持于保持部3的试验样品S赋予朝向圆周面4a的作用力F而在规定的固定位置压接于圆周面4a，并且始终允许试验样品S向作用力F的相反方向移动的构成，则可以采用各种构成。

在本实施方式中，试验样品S在与旋转轴4b相同的水平位置上与圆周面4a接触，但是试验样品S与圆周面4a接触的位置(旋转体4的周向位置)并不限于此。例如，也可以构成为试验样品S在旋转轴4b的上方的位置与圆周面4a接触。如此，能适当设定使试验样品S压接于圆周面4a的规定的固定位置。

温度传感器6b对试验样品S的温度T进行感测。由温度传感器6b感测出的感测数据被输入、存储于控制部7。摄像机6c拍摄试验样品S的动作，将拍摄的动画数据输入、存储于控制部7。

温度调节机构8将试验样品S调整为所希望的温度。在本实施方式中，除了功率计6a以及控制部7以外的多数构件(零件)会被设置于基底2之上的壳体2a覆盖。在壳体2a的上表面具备温度调节机构8。通过由温度调节机构8将壳体2a的内部温度调整为规定温度，能间接地调整试验样品S的温度T。

温度调节机构8由控制部7控制。还可以采用对试验样品S直接加热的加热器、直接冷却的冷却器作为温度调节机构8。

刮削器16例如为刷状，并与圆周面4a接触。通过旋转体4旋转，附着于圆周面4a的试验样品S的磨耗屑等由刮削器16进行去除。因此，容易使圆周面4a始终维持在固定的表面粗糙度，因此有利于高精度地掌握试验样品S的橡胶的磨耗状态。

以下，对使用该试验装置1的本发明的评价方法进行说明。

如图1、图2所举例示出，使试验样品S保持于保持部3。圆周面4a设定为所希望的规格。例如，在将传送带的上覆盖橡胶17a作为试验样品S进行评价的情况下，使用与通过此传送带输送的输送物20的形状等匹配的表面粗糙度的圆周面4a。此外，以对试验样品S赋予所希望的作用力F的方式设定锤15的重量，以设定的所希望的速度使旋转体4旋转。此外，使温度调节机构8工作，将试验样品S设定为所希望的温度。这些设定例如以符合试验样品S的橡胶的实际使用条件的方式进行。

如图1所举例示出，在如此设定的磨耗试验装置1中，对试验样品S赋予朝向旋转的旋转体4的圆周面4a的作用力F。试验样品S相对于旋转体4在规定的固定位置通过作用力F按压并接触于圆周面4a。由于旋转体4旋转，因此，试验样品S与圆周面4a为滑动状态，试验样品S的与圆周面4a的接触面逐渐地磨耗。

通常，在对象物与橡胶在接触状态下相对移动而对象物相对于橡胶滑动的情况下，两者并不始终同等程度地接触，而是会产生所谓的粘滑现象。在粘滑现象中，重复橡胶对抗从对象物承受的力(摩擦力)而发生弹性变形的工序(粘附工序)和无法对抗该摩擦力而弹性变形消除从而橡胶相对于对象物滑动的工序(滑动工序)。

如图3所举例示出，通过重复该粘附工序和滑动工序，在供对象物滑动的橡胶R的表面，在滑动方向FD以规定的间距P形成有磨耗的筋L。该间距P与滑动工序对应，磨耗的筋L与粘附工序对应。

在该试验装置1中，由于试验样品S始终允许向作用力F的相反方向移动，因此，对于在圆周面4a滑动的试验样品S，能重复粘附工序和滑动工序。即，能再现粘滑现象。因此，能以更高精度掌握符合实际使用的橡胶的磨耗状态。例如，能高精度地掌握传送带的上覆盖橡胶的磨耗状态。

在本发明的评价方法中，如上所述地使试验样品S的磨耗试验进行规定时间，并基于试验样品S的磨耗量D对试验样品S的橡胶的耐磨耗性进行评价。而且，基于该磨耗试验中的驱动电机5的旋转驱动所需的功率W以及试验样品S的温度T这两个项目中的至少一个项目，对试验样品S的耐磨耗性进行评价。

作为基于磨耗量D的评价，例如以使作用力F以及圆周速度V不同的方式进行磨耗试验来测定磨耗量D。由此，得到图4、图5中举例示出的数据。图4举例示出了对于不同橡胶种类的多个试验样品S(S1、S2、S3)而言圆周速度V为某规定速度的情况下的磨耗量D与作用力F的关系。图5表示了相对于图4的情况以不同点仅在于使圆周速度V设为了3倍的方式进行磨耗试验的情况下的磨耗量D与作用力F的关系。

试验样品S1是富含NR配方的橡胶，S2是富含SBR配方的橡胶，S3是富含BR配方的橡胶。在图4、图5中，磨耗量D通过除以某基准值的指数来表示。

通过图4、图5的数据可知，任一试验样品S都是当作用力F、圆周速度V增大时，磨耗量D也变多。此外，根据试验样品S，数据的斜率不同，因此，可知根据橡胶种类，作用力F、圆周速度V对磨耗量D的影响度不同。

试验样品S以作用力F按压于圆周速度V的圆周面4a的情况下的表观摩擦能量E1能视为作用力F×圆周速度V(E1＝F×V)并进行计算。因此，例如，通过由控制部7计算出各试验样品S的表观摩擦能量E1，能获得图6所举例示出的表观摩擦能量E1与磨耗量D的关系。通过图6的数据，能按橡胶种类掌握表观摩擦能量E1与磨耗量D的关系。

作为基于磨耗试验中的功率W的评价，例如，基于功率计6a所感测出的功率W，计算出试验样品S相对于圆周面4a的摩擦力Ff。然后，使用计算出的摩擦力Ff的大小来评价耐磨耗性。

具体而言，在使试验样品S与旋转体4的圆周面4a接触的情况下和未接触的情况下，比较使旋转体4以规定速度旋转驱动时所需的能量，两者的差能作为由试验样品S与圆周面4a的摩擦而产生的摩擦能量E2来计算出。由于单位时间的摩擦能量E2被认为是E2＝摩擦力Ff×圆周速度V，因此摩擦力Ff＝E2/圆周速度V。由此，能通过μ＝摩擦力Ff/作用力F计算出试验样品S的动摩擦系数μ。

在图7中，对于各试验样品S1、S2、S3，用实线示出圆周速度V与功率W的关系，用单点划线示出圆周速度V与动摩擦系数μ的关系。根据图7的数据，能按橡胶种类掌握磨耗特性。

基于磨耗试验中的功率W的变动，还能计算出在试验样品S产生的粘滑现象的发生周期f。在图8中举例示出在试验样品S1的磨耗试验中通过功率计6a计测出的功率W的经时变化。考虑到在粘滑现象的粘附工序中，功率W相对变大，在滑动工序中，相对变小。因此，图8的数据的各峰值彼此的间隔成为发生周期f。已知该磨耗试验中的圆周速度V，因此，能通过P＝圆周速度V/发生周期f计算出形成图3所举例示出的磨耗的筋L的规定间距P。

该发生周期f(规定间距P)根据橡胶种类而不同。此外，根据发生周期f(规定间距P)的不同，在磨耗模式也会产生不同，因此成为评价橡胶的耐磨耗性的一个指标。

在该试验装置1，通过由摄像机6c拍摄试验样品S的动作，能确认粘滑现象中的试验样品S的动作。粘滑现象的发生周期f例如为0.01秒～0.03秒左右。因此，可以使用能1秒拍摄100帧以上的高速摄像机6c。

此外，根据摄像机6c的拍摄数据，也能掌握试验样品S的按压方向的变形量。因此，还能掌握试验样品S的变形量与作用力F的关系、该变形量与摩擦力Ff的关系。

作为基于磨耗试验中的试验样品S的温度T的评价，例如，基于通过温度传感器6b感测出的温度T，计算出试验样品S磨耗时的热能E3。然后，通过计算出的热能E3的大小来评价耐磨耗性。

图9举例示出了试验样品S1、S2、S3在相同条件的磨耗试验中的温度T的经时变化。对于热能E3，如果将温度上升后的试验样品S的质量设为m、比热容设为c、上升温度设为ΔT，则E3＝m×c×ΔT，因此，例如能通过控制部7来计算出热能E3。

热能E3的大小根据橡胶种类而不同。然后，耐磨耗性的温度依赖性也按橡胶种类而不同，因此，通过按橡胶种类掌握热能E3，有利于高精度地评价各橡胶种类的耐磨耗性。此外，由损失系数(tanδ)、储能模量(E’)、损耗模量(E”)等规定的橡胶的粘弹性越小，热能E2越有小的倾向，因此，也能掌握橡胶的粘弹性与耐磨耗性的关系。

如上所述，在本发明中，在进行规定的磨耗试验来评价试验样品S的耐磨耗性时，不仅使用磨耗量D，还使用基于上述的功率W以及试验样品S的温度T这两个项目中的至少一个项目的评价指标。因此，能确认由各评价指标得到的评价结果的一致性。由此，能进行不偏重于磨耗量D的数据的可靠性高的评价。也可以基于磨耗量D、功率W以及试验样品S的温度T这三个项目来评价橡胶的耐磨耗性。

符号说明

1 试验装置

2 基底

2a 壳体

3 保持部

4 旋转体

4a 圆周面

4b 旋转轴

5 驱动电机

6a 功率计

6b 温度传感器

6c 摄像机

7 控制部

8 温度调节机构

9 投入机构

10 压接机构

11 支柱

11a 保持臂

12 金属线

13 平衡器

14 支承轴

15 锤

16 刮削器

S(S1、S2、S3) 试验样品

Claims

1.一种橡胶的耐磨耗性评价方法，其特征在于，

通过对不旋转地保持于保持部的橡胶的试验样品赋予朝向通过驱动电机而旋转的旋转体的圆周面的作用力，来将所述试验样品在规定的固定位压接于所述圆周面，并且将所述试验样品在始终允许向所述作用力的相反方向的移动的状态下进行保持，而进行使所述试验样品的与所述圆周面的接触面磨耗的磨耗试验，除了所述试验样品的磨耗量以外，还基于所述磨耗试验中的所述驱动电机的旋转驱动所需的功率以及所述试验样品的温度这两个项目中的至少所述功率，评价所述试验样品的耐磨耗性，

基于所述功率的变动，计算出在所述试验样品产生的粘滑现象的发生周期，基于所述周期的大小，评价所述试验样品的耐磨耗性。

2.根据权利要求1所述的橡胶的耐磨耗性评价方法，其中，

基于所述磨耗量和所述作用力的大小以及所述圆周面的圆周速度，评价所述试验样品的耐磨耗性。

3.根据权利要求1所述的橡胶的耐磨耗性评价方法，其中，

基于所述功率，计算出所述试验样品相对于所述圆周面的摩擦力，基于所述摩擦力的大小，评价所述试验样品的耐磨耗性。

4.根据权利要求2所述的橡胶的耐磨耗性评价方法，其中，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的橡胶的耐磨耗性评价方法，其中，

基于所述温度，计算出所述试验样品磨耗时的热能，基于所述热能的大小，评价所述试验样品的耐磨耗性。