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丁腈橡膠耐寒耐油性能的研究

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丁腈橡膠耐寒耐油性能的研究

發布日期:2020-10-19 作者: 點擊:

   本文分享一篇丁腈橡膠耐寒耐油性能的研究的文章,研究了生膠、硫化體係、硫化劑用量、補強劑、增塑劑、配方等因素對丁腈橡膠性能的影響。

    

    隨著航空發動機由渦輪結構向渦扇結構發展,對發動機用橡膠材料的耐溫度要求隨之提高,這使氟橡膠、氟矽橡膠等耐溫度又耐油的特種橡膠成了選擇目標。在燃油、液壓油密封係統中,由於燃油、液壓油粘度較低,氟橡膠的低溫性能較差,低溫時易發生滲漏,而氟矽橡膠承壓不足,因此耐油且價格又相對低廉的丁腈橡膠得到大量使用。丁腈橡膠的耐油性和耐低溫性能常常是矛盾的,傳統的丁腈橡膠在燃油係統使用時,就有耐油性能不足的缺點。


    為滿足航空發動機發展需要,研製了一種具有一定耐油性和良好低溫性能的丁腈橡膠膠料。其主要性能為,硬度均為70~80度(邵爾A),其中1#膠料壓縮耐寒係數(-50℃)≥0.3,耐15#液壓油150℃×24h體積變化率為0~30%;2#膠料壓縮耐寒係數(-40℃)≥0.2,耐3#煤油150℃×24h體積變化率為0~10%。以上兩種膠料在配合劑使用上基本類同,不同點主要在生膠選用上。在研製過程中,主要選用了N240S作為基膠,研究了硫化劑、補強劑、增塑劑等配合劑對膠料耐寒、耐3#煤油和15#液壓油性能的影響,確定了1#和2#膠料的配方組成。


1 實驗


1.1 主要原材料


丁腈橡膠,牌號分別為:DN401,N41,NBR1704,NBR2707,均為蘭化公司產品;N240S,N230S,均為日本JSR公司產品,其他助劑均為市


售工業產品。


1.2 試驗製備


按配比稱取各組分,在XK-250開煉機上混煉,操作順序為:生膠包輥→少量炭黑→活性劑、防老劑→炭黑→增塑劑→硫化劑→薄通→出片→停放24h後返煉。


在45t平板硫化機上硫化,溫度(151±2)℃×40min,壓力10~12MPa。1.3 性能測試


硫化膠的各項物理性能均按相應的國家標準進行測試。


2 結果與討論


2.1 硫化體係對膠料性能的影響


丁腈橡膠常用的硫化體係有硫黃硫化體係、半有效硫化體係和過氧化物硫化體係。硫化體係對膠料性能的影響見表1。

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從表1可知,S/DM為常規硫黃硫化體係,交聯鍵為多硫鍵,硫化膠耐壓縮永久變形性能較差,熱老化後的拉斷伸長率、硬度變化大。S/TMTD/CZ為半有效硫化體係,形成單硫鍵和多硫鍵,硫化膠耐熱性、耐壓縮永久變形性能較好,但拉伸強度較低。過氧化物硫化體係,形成碳-碳單鍵,耐熱和耐壓縮永久變形性能好,在3#煤油、15#液壓油中的體積變化率最小,但拉斷伸長率、撕裂強度較低。在實驗範圍內,采用過氧化物硫化體係,硫化膠有較好的耐寒性。因此從材料耐寒和耐壓縮永久變形性能考慮,選用了過氧化物作為硫化劑,對比了過氧化物硫化劑用量對膠料性能的影響,結果見表2。

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從表2可知,隨著硫化劑用量的增大,硬度、拉伸強度增大,耐介質體積變化率減小,但拉斷伸長率、壓縮耐寒係數和膠料回彈性降低,這是因為膠料硫化程度增加,交聯密度加大所致。

2.2 補強劑對膠料性能的影響

由於密封製品需兼顧耐寒耐油性,選用了粒子較粗的炭黑作補強劑。試驗選用了快壓出炭黑(N550)、天然氣半補強爐法炭黑(SRF)、噴霧炭黑和熱裂解炭黑N990進行對比,結果見表3。

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  從表3可知,炭黑的補強效果依次為N550,噴霧炭黑,SRF,N990。不同類型炭黑填充的膠料低溫性能相近。填充噴霧炭黑的膠料,熱空氣老化性能、耐介質體積變化率、壓縮永久變形性能略優。對比了噴霧炭黑用量對膠料性能的影響,結果見表4。

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從表4可知,隨著炭黑用量的增加,膠料的硬度、強度基本成上升趨勢,在介質中的體積變化率增大,壓縮永久變形和拉斷伸長率變化不大,但壓縮耐寒係數降低。


2.3 增塑劑對膠料性能的影響


丁腈橡膠主要使用酯類增塑劑,用於改善膠料加工性能,提高耐寒性和彈性。在上述兩組丁腈橡膠中,為滿足膠料的耐寒性能要求,選用了鄰苯二甲酸二丁酯(DBP),癸二酸二辛酯(DOS),己二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯(TP-95),醚酯混合型增塑劑TP-759作為增塑劑,對比了它們對膠料性能的影響,結果見表5。

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從表5可知,添加以上增塑劑的膠料,物理機械性能相近,增塑劑類別對膠料耐3#煤油老化後的拉斷伸長率變化率影響不大。添加TP-95的膠料,耐寒性最好;添加DOS的膠料,耐介質體積變化率最小;添加DBP的膠料,介質中壓縮永久變形性能略優,但體積變化率最大,熱空氣老化後,拉斷伸長率下降較多,耐寒性能較差。改變DOS用量對膠料性能的影響見表6。

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從表6可知,隨增塑劑用量的增加,膠料的拉伸強度、硬度、撕裂強度下降,拉斷伸長率、耐寒性能提高。耐燃油體積變化率降低,壓縮永久變形增大。


2.4 生膠對膠料性能的影響


丙烯腈含量是丁腈橡膠性能的重要指標,丙烯腈含量低的丁腈橡膠,耐寒性、耐壓縮永久變形性能較好。但隨著丙烯腈含量的降低,膠料的耐介質和耐熱性也會下降。為選擇合適的生膠,對不同類型丁腈橡膠的耐寒和耐介質性能進行了對比,結果見表7。

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   從表7可知,隨著丙烯腈含量的增高,膠料的耐寒性降低,在燃油、液壓油中的壓縮永久變形增大,但體積變化率減小。不同丙烯腈含量的丁腈橡膠在介質中體積變化率,3#煤油中大於15#液壓油中;而壓縮永久變形,3#煤油中低於15#液壓油中。同時生膠類型對膠料耐3#煤油的拉斷伸長率變化率影響不大。


     1#丁腈橡膠膠料壓縮耐寒係數(-50℃)要求≤0.3。從試驗結果可見,生膠需選用ACN質量分數為0.17~0.2的DN401或NBR1704。由於NBR1704拉斷伸長率較低,混煉工藝複雜,因此選用了DN401,同時並用丙烯腈含量略高的丁腈橡膠,以提高膠料的耐熱老化性2#丁腈橡膠膠料耐3#煤油體積變化率要求為0~10%。從試驗結果可見,生膠ACN質量分數需≥0.26。NBR2707丁腈橡膠為硬丁腈橡膠,門尼粘度較高,在3#煤油中的壓縮永久變形較大,因此2#丁腈橡膠生膠選用了門尼粘度低的軟丁腈橡膠N240S,同時並用丙烯腈含量略高的丁腈橡膠,以提高膠料的耐介質性。



2.5 配方的優化確定


確定膠料的生膠組成、補強體係、硫化體係、增塑體係後,表8是1#和2#膠料的性能結果。

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從表8可以看出,1#膠料滿足壓縮耐寒係數(-50℃)≥0.3,耐15#液壓油150℃×24h體積變化率為0~30%的要求;2#膠料滿足壓縮耐寒係數(-40℃)≥0.2,耐3#煤油150℃×24h體積變化率為0~10%的要求。通過放大試驗,膠料各項指標仍滿足標準要求。1#膠料適合在航空發動機液壓係統中使用,2#膠料適合在航空發動機燃油係統中使用。


3 結 語


通過生膠並用,采用過氧化物作硫化劑,使用酯類增塑劑,可研製出適合在航空發動機燃油、液壓油係統中使用的丁腈橡膠硫化膠。


本文網址:http://www.medikalnotes.com/news/480.html

關鍵詞:助劑,助劑應用,助劑廠家

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