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耐油橡膠密封性研究

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耐油橡膠密封性研究

發布日期:2020-11-14 作者: 點擊:

    耐油橡膠是指耐非極性油的橡膠,主要是極性橡膠,如丁腈橡膠、氯丁橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠、氫化丁腈橡膠等。當橡膠製品與各種油液長期接觸時,一方麵油液能滲透到橡膠中,使之體積膨脹;另一方麵,油類介質可以從硫化膠中抽出可溶性的配合劑(如增塑劑等),導致硫化膠體積收縮,這是一個動態平衡過程。如果溶脹導致的體積變化大於收縮導致的體積變化,則呈現為體積膨脹,反之則呈現為體積收縮。


    實驗對NBR、HNBR、CR、ACM、FKM幾種橡膠的硫化特性、力學性能及耐老化性能、耐油性能及密封性能進行了研究,結果見下:


1硫化特性

    由表1可以看出,NBR3365、4975的T90較短,說明NBR硫化速度較快;HNBR、CR、ACM的T90較長,硫化速度較慢;而FKM的T90則過長,硫化速度過慢。而從T10來看,NBR3365、NBR4975 又表現出了較好的焦燒安全性。

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    表1中由最小扭矩可以看出,NBR、HNBR的流動性較好,而CR、ACM和FKM的流動性則較差。

NBR和ACM的最大扭矩較小,而HNBR、CR和FKM的最大扭矩則較大。硫化曲線上所呈現出來的流動性及最大轉矩是符合一般規律的,尤其是最大轉矩,其反映的是膠料的扭轉剪切模量,而在硬度差別不大時,HNBR、CR和FKM表現出更高的彈性模量。


2力學性能及耐老化性能


    由表2可以看出,HNBR和CR具有最高的拉伸強度。NBR的拉伸強度和撕裂強度僅低於和CR,而優於ACM和FKM,且其拉斷伸長率明顯優於CR,這是由於NBR雖然不具備自補強性,但炭黑對其具備良好的補強性。ACM和FKM的拉伸強度很接近,但其撕裂強度和拉斷伸長率明顯高於後者,這是由於ACM拉伸強度主要源自炭黑粒子對其補強作用,而後者源自其自補強性,而炭黑粒子在提高ACM拉伸強度的同時,還可以緩衝掉破壞過程中應力集中導致破壞的能量,從而具備優於後者的撕裂強度和拉斷伸長率。FKM的撕裂強度較小,且熱撕裂性能很差,在膠料成型過程中影響很大,是當下急需解決的問題。

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   由表2還可以看出,關於耐老化性能,NBR 的硬度變化和拉伸強度變化率雖然不大,但拉斷伸長率卻下降非常明顯;CR耐老化性能較好,且老化後各項性能都變化不大;HNBR、ACM和FKM的拉斷伸長率略有變化,但拉伸強度提高,這可能是由於試樣未經過二次硫化(為使各組膠料平行對比),導致橡膠在硫化過程中交聯不充分,在100℃×72 h的老化過程中實質上是發生了進一步的交聯反應。就整體而言,NBR 老化後在性能變化率上表現出了一定劣勢;由於測試溫度過低,飽和橡膠在對高溫的抗耐性方麵未表現出顯著優勢,尤其是HNBR、ACM和FKM,他們的耐熱優勢應表現在150℃及以上。


3耐油性能

    表3中數據顯示,CR在IRM901和IRM903試驗中,無論是硬度、體積還是質量的變化都較大,在IRM903中體積變化率更是高達60.4%,這是由於CR的分子鏈側基為氯元素,而氯相對於其他組材料側基的極性明顯較弱,從而出現耐油性相對較差的現象。

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    FKM的硬度、體積和質量變化都很小,甚至趨於無變化, 表現出了最好的耐油性能,一方麵是由於FKM側基的極性很強,另一方麵是FKM分子鏈每個結構單元側基密度都遠高於其他組橡膠材料,最終導致FKM 優異的耐油性。ACM 的耐油性能比NBR4975差,但是明顯優於NBR3365,這與“ACM的常溫下耐油性能相當於中高丙烯腈含量的NBR,耐熱油性能接近於高丙烯腈含量NBR”的理論是相符的。HNBR的耐油性能介於NBR3365和4975之間,主要是由其丙烯腈含量決定的。


4密封性

    由表4可以看出,在1#條件下,一個試驗周期後,CR密封圈出現輕微滲漏,其它密封圈未出現漏油。通過對試驗後各組樣件對比發現,CR樣件在試驗後內徑輕微變大,但無明顯磨損痕跡,其餘5組樣件與試驗前相比幾乎無變化。經過對試驗唇口剖切後測量,發現其唇口已出現輕微脹大變形,雖然在使用過程中有彈簧對唇口與軸的配合進行束縛,但當唇口脹大後會出現輕微的褶皺,在軸旋轉過程中,與軸的配合將會出現輕微間隙,從而導致試驗油滲漏。

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2#試驗的結果與1#試驗接近

同樣是CR密封圈在實驗過程中出現了漏油,這與1#實驗是同樣的原因。在對試驗後的樣件進行檢測時發現,相對於1#試驗後的樣件,2#試驗後NBR3365、NBR4975和CR樣件的硬度增長較為明顯,雖然理論上耐油橡膠材料在油性介質中耐熱性能會提高,但老化依然明顯,這可能是因為密封圈在實驗過程中隻有一側浸入試驗油中,而另一側仍置於空氣中,導致老化速度較快。


在3#試驗中

NBR3365和4975均在試驗結束前就出現了失效現象,而HNBR、ACM和FKM在試驗結束時仍正常。在實驗過程中發現,當軸高速運轉時,唇口部位的溫度已超過油溫,最高時達166℃,而在該溫度下,NBR老化速度將迅速加快,甚至已超過HNBR使用溫度的上限。通過對試驗後樣件的測試,NBR3365和4975密封圈的唇口部位確實發生了明顯的硬化老化,這也直接導致了密封圈漏油。試驗後HNBR 密封圈唇口的硬度也發生了硬化老化,但其程度輕微,膠體仍保持著良好的彈性。ACM和FKM密封圈唇口部位膠體硬度在實驗前後未發生明顯變化,說明其未發生明顯的老化。


在4#試驗中

除FKM以外,其他樣件均在試驗過程中出現了失效現象,當然各組樣件的試驗壽命也不盡相同,ACM>HNBR>NBR3365>NBR4975,整體的試驗壽命與膠料的耐熱性順序基本是一致的。在實驗過程中各組樣件唇口部位的溫度情況:FKM2463>NBR4975、HNBR4307、ACM>NBR3365;NBR4975的耐熱性略好於NBR3365,與HNBR耐熱程度相差較大,更遠差於ACM,所以最先發生了失效;而NBR3365雖然耐熱性較差,但由於自身生熱較低,所以表現出略好於NBR4975的試驗壽命。在本組試驗中,FKM雖然是溫升幅度最大的,卻是唯一在整個試驗中沒有發生失效的,主要原因是FKM具有遠好於其他橡膠的耐熱性,基於此,對於高速旋轉軸唇型密封圈來說,氟橡膠具有無可比擬的優勢。


5結論

(1)與HNBR、ACM、CR和FKM相比,NBR具有流動性好、焦燒安全性好、硫化速度快等優良的工藝特性。

(2)綜合來看,CR和HNBR的力學性能最好,NBR次之,而ACM和FKM力學性能最差;HNBR、ACM和FKM耐老化性能最好,CR次之,而NBR的耐老化性能最差。

(3)耐油性能從好到壞的排列順序為:FKM>NBR4975>ACM>HNBR>NBR3365>CR。

(4)對於旋轉軸唇型密封圈使用壽命,FKM>ACM>HNBR>NBR3365>NBR4975>CR。


本文網址:http://www.medikalnotes.com/news/507.html

關鍵詞:耐油橡膠,耐油橡膠種類,耐油橡膠性能

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