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    丁腈橡膠動密封件工作面潤滑層材料研制

    瀏覽: 作者: 來源: 時間:2022-08-23 分類:
     彈性高、摩擦系數大是橡膠材料固有的特 點。用橡膠材料壓制的密封件在動態環境下使 用,因摩擦問題,往往影響了密封功效和使用壽 命。

      彈性高、摩擦系數大是橡膠材料固有的特 點。用橡膠材料壓制的密封件在動態環境下使 用,因摩擦問題,往往影響了密封功效和使用壽 命。為此,人們采用了多種辦法與措施進行探 索,開展了各種試驗研究,力求實現降低橡膠動 密封件的摩擦影響。最簡便的方法是在橡膠材 料配方中加入潤滑劑,達到減摩作用;或者改變 動密封件的斷面結構,如將“O”型斷面設計成 “X”型斷面結構,也能起一定的減摩作用。

      20世紀中期國內外研究出的方法是:在橡 膠動密封件工作面包覆一層厚度約0. 2 mm的 聚四氟乙烯(F4)薄膜,或者在密封件表面噴涂 一層聚四氟乙烯粉末,再經高溫燒結。這兩種 方法均取得了明顯的減摩效果,受到廣泛的重 視并在生產實踐中應用。經工作面粘貼F4薄 膜方法覆合成的密封件質量好、作用明顯、可靠 性強,在產業化生產中應用較多,至今仍在重要 產品及特殊場合應用,但成形工藝較復雜、生產 效率低。噴涂F4燒結的方法有覆合粘接強度 低、涂層易脫落且局限于耐高溫的氟橡膠等材 料的缺點,應用范圍受到限制

      20世紀末期日 本アナハン株式會社研究出Emralon312J clear 水劑涂料,將其噴涂到密封件表面能起到一定 的減摩作用,施工工藝簡易,但由于受力學性 能、粘接強度、使用溫度等因素的影響,該材料 的使用范圍有限,多用于O形橡膠密封圈的表 面處理。

      丁腈橡膠以優異的耐油性著稱,而且價格 便宜,在橡膠工業中得到了廣泛的應用,尤其在 密封件中使用量最大。為了有效改善丁腈膠動 密封件摩擦問題,本文研究了應用納米級高性 能潤滑添加劑與膠粘劑的合理配合,經過精細 加工,制出了半自潤滑涂覆材料,通過臺架試 驗,表明其有明顯的潤滑減摩效果。

      1 實 驗

      1. 1 主要原材料

      液體橡膠、液體環氧樹脂,廣州東風化工實 業有限公司;L150J,日本旭硝子公司;硅鈦復合 偶聯劑KH-553,南京能德化工有限公司;石墨 粉、二硫化鉬、硫磺、金屬氧化物、多胺助硫化 劑、促進劑D等,均為市售商品。

      1. 2 主要設備及儀器

      SG65三輥研磨機,常州自立化工機械有限 公司; Zwick/Roell Z010材料試驗機,德國 Zwick;GT-7102泰伯爾磨耗試驗機,臺灣高鐵 檢測儀器有限公司; FTPLUS摩擦系數測定儀, 英國LLOYD;電子天平BS124s,德國Sartorius; VML400影像測量儀,深圳智泰; RT-2-PCD油 封試驗臺,臺灣磐石油壓工業股份有限公司; LR016型老化試驗箱,重慶銀河試驗儀器有限 公司。

      1. 3 混合與試樣制備

      1. 3. 1 基本配方

      液態橡膠100,液態環氧樹脂50, L150 7. 7,MoS295,石墨44. 7,KH-553 3. 2,硫磺0. 5 金屬氧化物9,多胺助硫化劑7,促進劑D 1. 4。

      1. 3. 2 試樣制備

      將稱量好的液態橡膠、液態環氧樹脂、 L150J、MoS2、石墨粉、硫磺,置于廣口容器中,攪 拌均勻;加入KH-553,攪拌均勻;加入金屬氧化 物、多胺助硫化劑、促進劑D,攪拌均勻;上三輥 研磨機精磨2~3遍,漿料用專用工具刮到硅橡 膠模具的模腔內,刮平靜置,于常壓、室溫條件 下自然固化,或常壓、室溫×4 d固化后置于電 熱鼓風烘箱中90℃×40 min處理后,進行各項 性能測試。

      1. 3. 3 潤滑層材料的應用

      將經研磨好的漿料,刮入已稱好質量的廣 口容器中,按該漿料的實際質量及施工工藝要 求的濃度,加入適量的有機溶劑醋酸乙酯,及時 攪拌至漿料完全溶解,便可進行施工。施工方 法適于浸涂、刷涂和噴涂包覆至丁腈膠動密封 件的工作面上,經常壓、室溫條件下固化而成。

      2 結果與討論

      2. 1 性能檢測

      各種材料的力學性能、磨損性能、抗撕裂強 度、粘接剝離強度、耐液體介質試驗、摩擦系數 的測定等,均按國家標準或化工行業標準規定 執行。個別項目測試按非標方法進行。

      2. 2 潤滑層材料性能

      潤滑層材料的基本性能列于表1。

      從表1試驗數據可知,潤滑層材料A4-2的 綜合性能良好。 潤滑層材料A4-2和丁腈膠油封膠料N33 耐液體介質性能試驗列于表2。 從表2可知, A4-2材料的耐油性能比 N334稍好,但耐自來水性能不及N334穩定。

      2. 3 潤滑層材料性能與相關材料性能的比較

      2. 3. 1 力學性能

      為了進一步了解潤滑層材料與其他相關材 料力學性能、撕裂性能、磨耗性能的關系,進行 了部分對比試驗,結果列于表3。 從表3數據分析可知: (1)N338、N334、PT- FE試樣均為高壓、高溫硫化或燒結而成,材料 力學性能高,抗撕裂強度大,耐磨性能好; (2) A4-2試樣為常壓室溫固化,材料密度、交聯程 度會有影響,耐磨性較差; (3)泰伯爾磨耗性能 與材料的類型、特性、組分及試樣的制備工藝有 密切的關系。

      2. 3. 2 摩擦系數

      按國家標準HG/T2729-95(硫化橡膠與薄 片摩擦系數的測定-滑動法)制作了多種材料 的試樣:PTFE、N308、N334、A4-2,以及噴涂到橡

      膠試樣表面的日本アナハン株式會社生產的薄 膜材料Emralon 312J-L(藍色)、312J-B (半透 明)試樣等。應用FTPLUS摩擦系數測定儀,采 用三種材質的滑動板: F4板(測定儀附件)、拋 光鋼板(718#鋼,光潔度0. 2μm)、氮化鋼板 (45#鋼,光潔度0. 2μm,再滲氮處理),按標準 規定進行摩擦系數測定,測試結果列于表4。

      從表4試驗結果可知: (1)摩擦系數與材 料的組成及所接觸的材質有關,其中F4的靜、 動摩擦系數最小; (2)N334、A4-2、312J-L這幾 種材料的摩擦系數基本相當,根據接觸的活動 板不同,靜、動摩擦系數略有差異; (3)312J-B、 N308的摩擦系數較大; (4)A4-2材料的對F4 板、拋光鋼板和氮化鋼板的動摩擦系數較小。 應用FTPLUS摩擦系數測定儀測繪出表4 中6種材料的摩擦系數,如圖1所示。

      (1)摩擦系數大小的順 序為PTFE

      (2)各種材料的靜、動態摩擦系數大小不 一樣,在試驗條件下顯示的并不是一個恒定值, 而是在一定的范圍內不斷波動變化的值。

      2. 3. 3 油封臺架試驗

      應用N334油封膠料按常規生產工藝壓制 Ф100×125×12內骨架橡膠油封6件,切唇裝 彈簧后編號為1#~6#。其中1#、2#為橡膠油封 空白試樣; 3#橡膠油封唇口噴涂312J-L潤滑層 材料;4#、5#、6#橡膠油封唇口浸涂A4-2潤滑層材 料。將這3種不同類型的橡膠油封安裝在磐石 油封試驗臺上,密封介質為32#液壓油,進行臺架 試驗和對比考核。

      實驗結果列入表5~7中。 從表5試驗結果可知:在相同的試驗條件 下,油封空白試樣密封唇口的摩擦力比密封唇 口包覆A4-2潤滑層薄膜的摩擦力大,導致油介 質溫度升高。隨著旋轉速度加快,試驗時間延 長,油介質的溫差增大。

      從表6試驗結果可知: 1#油封空白試樣試 驗過程摩擦力比唇口包覆A4-2潤滑層薄膜油 封的摩擦力大,在6 000 r/min工作20 h與在 7 000 r/min工作9 h, 1#油封密封失效, 6#油封 密封性能良好。6#油封在8 000 r/min繼續試 驗6 h后,密封性能依然良好,未見泄漏。

      對比試驗結果顯示,油封唇口包覆A4-2潤 滑層薄膜材料的摩擦系數較低,潤滑性能良好, 能延長油封使用壽命。

      從表7結果可知: 3#油封在6 000 r/min試 驗時間2 h之內油介質溫度較低,表明油封唇 潤滑性能較4#油封好。但試驗時間超過2 h,油 介質溫度升高,在8 000 r/min下4. 5 h后油溫 升至100℃,涂層已磨損、脫落,開始泄漏。表 明涂有A4-2潤滑材料的油封性能良好,A4-2 潤滑層材料的力學性能、粘接性能、潤滑性能、 耐溫性能優于312J-L材料,作為油封涂層 延長旋轉油封的使用壽命。

      3 結 論

      1.材料的泰伯爾磨耗性能與材料的力學性 能、撕裂強度有關,拉伸強度高、抗撕性好,耐磨 性就好;摩擦系數的大小與該材料耐磨性能優 劣沒有直接對應關系,與材質特性有關。

      2.不同材料的靜、動摩擦系數有較大的差 異,在試驗條件下呈現出的材料靜、動摩擦系數 不是一個恒定值,而是在一定范圍內波動變化。

      3.橡膠動密封件的使用性能與摩擦系數有 密切關系。摩擦系數大,密封工作面的摩擦力 大,則發熱量大,加速了密封件的熱氧老化,縮 短了密封件的使用壽命。

      4.通過內骨架橡膠油封臺架試驗實際考 核,油封密封唇口包覆A4-2潤滑層材料的性能優于唇口純橡膠油封性能及唇口包覆Emralon 312J潤滑層材料油封的性能。表明A4-2潤滑 層材料具有實際使用價值,可以應用于產業化 生產中。

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