При эксплуатации изделия из полимерных материалов подвер­гаются износу. Сопротивление полимера износу представляет со­бой важную характеристику, которая определяет долговечность изделий из полимерных материалов. Экспериментальные данные показывают, что трение резины связано с преодолением адгезион­ных сил сцепления, поэтому в противоположность трению твердых

тел при скольжении по достаточно гладкой твердой подложке оно не всегда сопровождается истиранием. Установлено, что даже при длительном скольжении образцов резины по гладкому стеклу исти­рания не наблюдается. С другой стороны, истирание резины при трении по шероховатым поверхностям (например, при эксплуата- цииавтомобильных шин на дорогах) обусловлено механическим отрыром частиц.

Механизм трения резины по шероховатым поверхностям обус­ловлен не только молекулярными силами сцепления, но и механи­ческими зацеплениями и разрушением вследствие этого резины в

Рис. 13.13 Рис. 13.14

Рис. 13.13. Зависимость между обратным коэффициентом' трения эластомера СКН-18 по алюминию и нормальным давлением при разных температурах (1 — 296 К и 2 — 333 К)

Рис. 13.14. Зависимость скорости истирания эластомера от пути истирания:

• 1 — направление истирания постоянное; 2 — направление истирания изменялось через каждые 50 см пути; абразив — шкурка карбида кремния

местах зацеплений. В процессе истирания на поверхности резины возникает так называемый «рисунок истирания», увеличивающий интенсивность и скорость процесса износа. Относительная износо­стойкость двух резин не является постоянной величиной, но в зна­чительной мере зависит от условий испытания и рисунка истирания, который образуется на разных резинах и на разных дорогах с большей или меньшей интенсивностью. Рисунок истирания при трении резины возникает на поверхности образцов под прямым углом к направлению движения абразивных частиц.

Увеличение скорости износа после возникновения рисунка истирания мо­жет быть проиллюстрировано на следующем опыте. Два образца одной и той же резины перемещаются по одной и той же поверхности, однако развитие ри­сунка истирания имеет место лишь у одного образца. У другого образца обра­зование рисунка истирания было предотвращено периодическим изменением направления износа на 90°. Скорости износа для этих образцов представлены на рис. 13.14 как функции длины пути. Из кривой 1 видно, что скорость износа при постоянном направлении увеличивается до тех пор, пока не станет посто­янной и рисунок не разовьется полностью. Во втором случае (кривая 2) не­большое изменение скорости износа наблюдается лишь на начальных стадиях эксперимента и ее окончательное значение ниже, чем в случае того образца, у которого рисунок истирания сформировался.

Шалламахом были поставлены опыты, в которых поверхность резины царапалась небольшой полусферой (диаметр 1 мм) или иглой. Распределение напряжений, вызывающих раздиры, подоб­ные раздирам при царапании резины иглой, изучалось им посред­ством фотоупругого (поляриметрического) исследования напряже­ний вокруг зоны контакта при скольжении цилиндра по прозрачной резине. Было установлено, что концентрация напряжений происхо­дит позади площади контакта (на это указывало тесное располо­жение освещенных монохроматическим светом полос). Так как эта концентрация напряжений должна носить характер растяжения, можно ожидать, что любое разрушение материала при трении име­ет вид линий раздира, возникающих позади движущегося тела и расположенных под прямым углом к направлению скольжения; это подтверждается опытом. В первом приближении значение абразив­ного износа пропорционально нормальному давлению и кривизне абразивного зерна.

Усталостная характеристика износа резин, связанная с потеря­ми на гистерезис, была впервые введена Крагельским [13.5], что особенно важно при трении резин по шероховатым поверхностям. Кроме износа, связанного с механическими свойствами поверхно­стей полимера и металла, им был рассмотрен износ, приводящий к механохимической деструкции контактирующих поверхностей.

Для определения истирания резины существуют различные спо­собы. В СССР, США и ФРГ испытания на истирание в настоящее время стандартизированы. Основная идея большинства методов испытаний резин на износ заключается в том, что образец под действием груза прижимается к диску или валику, покрытому наждачной бумагой, в результате чего происходит стачивание рези­ны наждаком с определенным размером зерна. При испытании определяют то количество материала, которое истирается под дей­ствием определенной нагрузки за определенное время или на опре­деленной длине пути.

Большинство методик испытания материалов на истирание явля­ются сравнительными. Это значит, что истираемые при одинаковых условиях количества резины сравнивают друг с другом. Для того, чтобы иметь единицу сравнения, устанавливают потерю массы образца резины определенного качества и принимают ее за 100. Если при таком сравнении полученное число больше 100, то исти­рание большое. Соответственно сопротивление истиранию меньше, чем у стандартного образца. Истирающая способность наждака стандартизирована так, что, например, стандартный образец на 40 м пути истирается на (200±20) мг. Согласно стандарту США, подсчет работы истирания не производится. Вместо этого сравнива­ют истираемости испытываемой смеси с одной из стандартных смесей. Механизм истирания резин в различных испытательных машинах различен. Поэтому наряду со стандартными испытаниями резины на истирание в лабораторных испытаниях применяют иног­да нестандартные методы, выбирая такую машину, которая соот­ветствовала бы условиям работы резинового изделия.

Для исследования истирания протекторных шин используется, например, прибор Ламбурна, имитирующий условия работы веду­щих колес автомобиля. При этом образцы в форме дисков устанав­ливаются на ведущем валу прибора и прижимаются к абразивно­му диску. Прибор позволяет регулировать скольжение образцов и определять энергию, затрачиваемую на истирание. Было установ­лено, что рисунок протектора покрышек заметно уменьшает исти­рание резины в эксплуатации. Рассмотрение явления истирания резины при движении по неровной поверхности показало, что со­противление истиранию зависит от трения, прочности материала и его динамической твердости.

Существуют приборы, которые позволяют определять износ резин как под влиянием воздуха определенных влажности и темпе­ратуры, так и под воздействием некоторых жидкостей (таких, как вода, масло и др.). Испытание при этом производится на гладкой или рифленой поверхности стального барабана. В качестве образ­ца применяется цилиндрик диаметром 16,2 мм. Прижимающее усилие устанавливается грузом, подвешенным на рычаге. Частота вращения барабана варьируется от 500 до 5000 об/мин. Число обо­ротов во время опыта определяется умножением времени испыта­ния на число оборотов в секунду.

Следует отметить, что универсального метода для испытания резиновых изделий на истирание не существует, хотя все имеющие­ся (их около 20) методы могут быть использованы для испытания различных изделий из резины. Начиная с Лондонского заседания 1945 г. Международная организация по стандартизации (ISO) за­нималась вопросом стандартизации методов испытания резин на истирание. В 1954 г. Британским комитетом стандартов был пред­ложен проект метода испытания на истирание и рекомендована испытательная машина Грассели.