橡胶密封条摩擦因数测试影响因素的研究

陈振伟

沈阳瑞得塑胶制造有限公司 辽宁 沈阳， 110136

摘要：汽车橡胶密封条（简称密封条）安装在汽车车身、车门、后备箱等部位，具有减震、防水、防尘、隔音和装饰等功能。受汽车在行驶中的振动、外界温度及密封条摩擦因数等因素的影响，密封条在使用中可能出现异响而影响驾乘舒适性。密封条摩擦因数的影响因素错综复杂，如橡胶分子结构、填充材料性能、外界温度、相对速度、施加载荷以及对偶面粗糙度等。即使同一组密封条试样及摩擦对偶，在不同温度或相对速度下，产生的摩擦运动频率也不一样。本工作通过密封条与玻璃板的摩擦试验，测试密封条在不同条件下的摩擦因数，研究摩擦因数测试准确性的影响因素。

关键词：橡胶密封条；摩擦因数；相对偏差

介绍橡胶摩擦机理以及摩擦因数对橡胶密封条摩擦异响的影响，并采用密封条与玻璃板摩擦试验，测试不同试验条件下密封条的摩擦因数，探讨影响摩擦因数测试结果准确性的因素。结果表明，试验速度、牵引绳松紧度和初始力值归零等会明显影响密封条摩擦因数的测试结果及其准确性，测试时应严格控制这些试验条件的变化。

1橡胶材料摩擦类型及特点

一般将运动流体分子之间产生的摩擦称为内摩擦，两个物体之间的摩擦称为外摩擦。外摩擦按物体所处的状态可分为静摩擦和动摩擦；按物体的运动特征可分为滑动摩擦和滚动摩擦；按物体表面状况可分为干摩擦和湿摩擦。两个相互接触的物体相对运动时，其接触面之间产生与运动方向相反的阻力，称作摩擦力，在正压力的作用下，做相互剪切运动的两个表面之间的摩擦力近似服从库伦（Coulomb）定律：

F＝µP（1）

式中，F为摩擦力，µ为摩擦因数，P为正压力。摩擦力与正压力成正比，而与实际接触面积无关，而且只要速度不等于零，摩擦因数与速度及表面温度均无关。这一定律能较好地反映金属的摩擦。橡胶摩擦的机理和特征与金属摩擦不同，这是由橡胶的粘弹性本质所决定的。橡胶摩擦机理如图1所示。橡胶与固体之间的摩擦力由两个部分组成，即摩擦力等于摩擦表面分子相互接触产生的粘附力（Fa）及由于压入微凸体使橡胶产生的滞后阻力（Fh）之和。

图1 橡胶摩擦机理

2摩擦因数对密封条摩擦异响的影响

车辆在颠簸路面上行驶时，车门与门框相对运动引起密封条与对应的钣金漆面摩擦。密封条与钣金漆面的接触部位为密封条表面涂层，其主要作用是提高密封条的耐磨性能。如果密封条表面涂层材料与钣金漆面材料之间存在不兼容现象，则会产生摩擦异响。为了改善密封条摩擦异响问题，需提高密封条表面涂层性能。密封条表面涂层的静、动摩擦因数可反映其在静止或滑动状态下的摩擦阻力，如果表面涂层摩擦因数较小，则密封条与钣金漆面间的摩擦阻力较小，产生异响的倾向较低。但值得注意的是，并不是摩擦因数越小就越有利于改善摩擦异响问题，更重要的是静摩擦因数与动摩擦因数的差值，差值越小，摩擦运动越平顺，产生摩擦异响的倾向就越低。通过拉力试验机软件应用系统可对密封条静、动摩擦因数进行测试，从而为密封条性能评价提供依据。

3密封条摩擦因数试验

3.1试验设备和材料要求

拉力试验机应符合HG/T2369—1992的规定，测试精度不低于B级。天平精度为0.1g。玻璃板尺寸为200mm×100mm×6mm。金属滑块质量为（260±5）g。

3.2试样制备

选择某SUV车型A门框和B门框海绵胶泡管复合密封条（记为密封条A和B），从密封条植绒或涂层部分截取长度为110mm、宽度为15mm的3组试样，每组2根试样。

3.3试验步骤

（1）称量一组试样、双面胶带和金属滑块的总质量（精确至0.1g），可得到正压力（单位为N）。（2）将一组试样固定在金属滑块上（如果试样取自密封条植绒或涂层的弯曲部分，需用双面胶带将试样平整地粘贴在金属滑块上）。（3）用中性洗涤剂及水充分清洁玻璃板，再用无纺布擦干。将固定有试样的金属滑块安装在摩擦试验装置上。（4）设定拉力试验机的速度为（150±30）（5）开动拉力试验机，记录滑块滑行过程中的摩擦力变化曲线，得到摩擦力平均值（如不能自动计算平均值，则至少取5个点的试验数据进行计算），按式（1）计算摩擦因数。（6）另取两组试样，重复上述试验步骤1—5。（7）3组试样摩擦因数计算结果取算术平均值。

4摩擦因数测试影响因素

4.1试验速度

在摩擦因数测试过程中，拉力试验机的试验速度为（150±30）mm·min-1，考察此范围内不同试验速度对密封条摩擦因数测试结果的影响，试验速度对密封条摩擦因数测试结果有一定影响；当试验速度为150mm·min-1时，密封条摩擦因数测试结果的相对偏差最小。

4.2牵引绳松紧度

由于橡胶具有粘弹性，在摩擦因数测试过程中应尽量降低外界因素对摩擦力的影响。牵引绳松紧程度可能导致传感器受力影响测试结果的准确性，因此需要确定牵引绳松紧度。牵引绳松紧度对密封条摩擦因数测试结果的测试过程中牵引绳松紧度（紧绷状态、临界状态、松弛状态）对密封条摩擦因数测试结果的稳定性有明显影响；当牵引绳处于临界状态时，密封条摩擦因数测试结果的相对偏差最小。

4.3初始力值归零

测试时初始力值归零对密封条摩擦因数测试结果，完成一次测试后，如果第2次测试时初始力值未归零，未归零力值会累计至第2次试验，影响测试结果，相对偏差明显增大；将初始力值归零后再进行试验，密封条摩擦因数测试结果的准确性可提高30%左右。因此测试前应将初始力值归零。多次试验可以将软件程序设置成每次试验前均自动归零。

项 目	试样1	摩擦因数						相对偏差/%
		试样2	试样3	试样4	试样5	试样6	平均值
A试验初始力值 未归零 归零	0. 65 0. 72	0. 79 0. 77	0. 91 0. 81	0. 85 0. 86	0. 74 0. 90	0. 83 0. 85	0. 80 0. 82	8. 42 5. 95
B试验初始力值未归零 归零	0. 96 1. 04	1. 17 1. 12	1. 15 0. 96	1. 18 1. 10	1. 06 1. 09	1. 08 1. 07	1. 10 1. 08	7. 55 5. 15

结语

由于橡胶本身的粘弹性，密封条摩擦因数测试中的影响因素较多。本工作主要研究试验速度、牵引绳松紧度和初始力值归零3个因素对摩擦因数测试结果的影响。可以看出，在密封条摩擦因数试验中，试验条件会大大影响摩擦因数的测试结果及其准确性，严格控制这些因素的变化比测试摩擦因数本身更重要。

参考文献：

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