丁腈橡胶密封件减磨材料的研究

2013-05-07

    丁腈橡胶以优异的耐油性著称,而且价格便宜,所以在橡胶工业中,尤其在密封件中得到广泛应用。弹性好、摩擦因数大是橡胶材料固有的特点。用橡胶材料压制的密封件在动态环境下使用,摩擦问题往往影响密封功效和使用寿命。为此,力求降低橡胶动密封件的摩擦影响。最简便的方法是在橡胶材料配方中加A润滑剂,达到减磨目的:或者改变动密封件的断面结构,电能起一定的减磨作用。率课题研究润滑添加剂与粘合剂合理配合,加工制造出力学性能良好、润滑性能优、耐水性能优异的丁腈橡胶密封件减磨材料。

    1实验

    1.1主要原材料

    环氧树脂,液体橡胶,四氟乙烯微粉,石墨,二硫化钼(MOS2),硅烷偶联剂,橡胶防老剂,橡胶硫化剂。

    1.2主要仪器和设备

    SG65型三辊研磨机,常州自立化工机械有限公司产品;Zwick/RoellZ010型材料试验机,德国Zwick公司产品;FTPLUS型摩擦日数测定仪,英国LLOYD公司产品;BS124s型电子天平,德国Sartorius公司产品,VML400型影像测量仪,深圳智泰公司产品;RT-2-PCV型油封试验台,台湾磐石油压工业股份有限公司产品;LR016型也化试验箱,重庆银河试验仪器有限公司产品。

    1.3减磨材料制备

    1.3.1配方

    二硫化钼有着类似于石墨的片层微观结构,能有效起到减磨作用,具有石墨所不能比拟的与液体橡胶和树脂的相容性;加入硅烷偶联剂能够使主体材料与填料相容性更好;四氟乙烯微粉的加入能够提高材料的减磨性能。

    具体配方为:液体橡胶,50;环氧树脂,50;二硫化钼,105;硅烷偶联剂,3;树脂固化剂,3.8;四氟乙烯微粉,20;防老剂,4;合计,235.8

    1.3.2制备工艺

    将称量好的液体橡胶、环氧树脂和粉料置于广口容器中,搅拌均匀;加入硅烷偶联剂,搅拌均匀;加入硫化同化体系,搅拌均匀;上=辊研磨机精磨2-3遍,用专用工具将浆料刮到硅橡胶模具的模腔内,刮平静置,经105℃×1h处理后,进行各项性能测试。

    1.3.3涂覆

    制备工艺中研磨好的浆料刮入已称质量的广口容器中,按该浆料的实际质量及施工工艺要求的浓度加入适量的有机溶剂乙酸乙酯,及时搅拌至浆料完全溶解、随即进行涂覆。

    可采用浸涂、刷涂和喷涂等方法将制料包覆至丁腈橡胶动密封件的-作面上,于105℃×1h条件下固化。

    2结果与讨论

    2.1减磨材料性能

    减船材料的物理性能、耐液体介质性能和摩擦因数等的测定均按照相应国家标准或化工行业标准进行。

    减磨材料性能如表1所示,由表1可以看出,减磨材料物理性能和耐油性能良好,耐水性能优异。

    2.2摩擦因数

    按化工行业标准HG/T2729《硫化橡胶与薄片摩擦因数的测定滑动法》制作多种丁腈橡胶密封件试样(记为N302N308N331N334)以及唇口涂覆减磨材料的相应密封件试样(记为N302,N308涂,N331涂和N334)。用FTPLUS型摩擦因数测定仪,采用3种材质的滑动板:聚四氟乙烯板(F4)、抛光钢板(光洁度0.2μm)、渗氮钢板(45#钢,光洁度0.2μm,再渗氮处理),按标准规定进行摩擦因数测定,测试结果如表2所示。试样涂覆前后的抛光钢板摩擦因数见图1-3

 

 

    由表2可以看出,涂覆式样的动摩擦因数和静摩擦因数均比未涂覆试样明显降低,且涂覆试样在各板上的动摩擦因数与静摩擦因数差异总体上比未涂覆试片减小。

    由表2和图1-3可以看出,各种材料的摩擦因数大小不一样,在试验条件下显示不是一个恒定值,而是在一定的范围内不断波动的变化值。涂覆试样的摩擦因数波动比未涂覆试样小,司以预见涂覆减磨材料的密封件在使用过程中受力波动较小,有利于延长使用寿命。

    2.3油封台架试验

    N334试样胶料按常规生产工艺压制Φ100×125×12内骨架橡胶油封4个,切唇后装弹簧。其中1#2#油封为空白橡胶油封;3#4#油封为唇口浸涂减磨材料的橡胶油封。将橡胶油封试样安装在磐石油封试验台上,密封介质为32#液压油,进行台架对比试验,结果见表34

    从表3可以看出,在相同的试验条件下,由于1#油封比3#油封的摩擦力大,导致1#油封的油介质温度更高。随着旋转速度加快,试验时间延长,油介质的温差增大。

    从表4可以看出,2#油封比4#油封的摩擦力大,在转速31.4m·s-1工作20h的情况下,转速36.7m·s-1下工作9h的情况下,2#油封失效,而4#油封密封性能良好。且4#油封在41.9m·s-1下继续工作6h后,密封性能依然良好,未见泄漏。

    试验结果显示唇口包覆减磨材料的油封润滑惟能良好,使用寿命延长。

    3应用实例

    (1)某厂高速旋转密封件,介质一面为油一面为水,温度约40℃,旋转速度约80m·s-1,原未涂覆减磨利料的密封件仅能使用(3-5)d,涂覆减磨材料后性能明显改善,可以使用(15-20)d

    (2)某厂轴承密封件,介质为水,涂覆减磨材料前使用1个周期,涂覆减磨材料后性能明显改善,可使用2个周期。

    4结论

    (1)本工作研制的减磨材料物理性能、耐油性能良好,耐水介质性能优异。

    (2)涂覆减磨材料的密封件试样比未涂覆减磨材料的密封件试样摩擦因数明显减小,且摩擦因数波动较小。

    (3)从油封的台架试验以及产品应用实例可以看出,涂覆减磨材料的密封件使用寿命明显长于未涂覆减磨材料的密封件,涂覆减磨材料的密封件可以产业化生产。

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