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均勻壓縮的橡膠硫化膠在壓力下的膨脹

時間:2019-11-01 1588 次瀏覽

信息摘要:計算密封膠件配合位置是根據橡膠自由狀態下重量或者體積的膨脹數據進行的,然而在工作條件下橡膠件卻承受著各種應力和壓力的影響。

為了保證龙8国娱乐大厅使用壽命長和穩定性好,必須在結構設計時考慮因膠件膨脹而出現橡膠的體積變化。到目前為止計算密封膠件配合位置是根據橡膠自由狀態下重量或者體積的膨脹數據進行的,然而在工作條件下橡膠件卻承受著各種應力和壓力的影響。文獻中發表

了一系列試驗(1-5)和理論(6-8)研究報告的結果表明:聚合物的膨脹程度原則上依賴于它的變形大小和外壓力。

研究了與各種不同的龙8国娱乐大厅接觸的石油產品中,以及石油基的磯氫化合物中,外壓對橡膠體積膨脹的影響。

以天然膠、丁苯膠(CKMC-10,CKC-30)和丁腈膠(CKH-18,CKH26,CKH-40)的硫化膠作為研究對象,應用石油基的碳氫系列化合物(從已烷到十六烷的石臘碳氫化合物、環已烷、苯、萘烷、α-甲萘)和石油產品——AMT-10油及1#煤油作代表性溶脹劑。

使橡膠膨脹的儀器上的主要部份是放試片的小槽,這個小槽的一壁是一個可移動的活塞。通過這個壁上砂眼,保證溶劑流向橡膠的通道。溶劑浸滿活塞腔,這個活塞給樣品固定的壓力,在整個試驗期間到樣品達平衡膨脹以前壓力和溫度維持恒定,測定橡膠膨脹度是于25℃均向壓縮條件下按以前敘述的方法〔9〕進行。壓力大小在0~300kg/cm²的范圍內變化,在整個試驗中溶劑處在大氣壓下。

圖1指出了硫化膠在所試驗的碳氫化合物中其體積膨脹對壓力的標準關系,縱座標軸上的點相當樣品在自由狀態于大氣壓下的最大膨脹值,當余壓提高10-15kg/cm²,橡膠的體積膨脹值急速減小,當壓力繼續提高時,該值減小較慢,壓力超過100kg/cm²時,曲線V(P)逐漸臨近橫座標軸,因此當無限地增加壓力時,橡膠的膨脹過程將繼續進行,但是當壓力超過200kg/cm²橡膠的膨脹變得很小,實際上變得同整個試驗的液體一樣。這個現象說明了溶劑化學電勢功能〔9〕的特點(對聚合物膨脹因素的熱力學親和性依賴于濃縮溶劑),這個化學電勢數值當溶劑在聚合物中濃縮作用為零時力圖達到無限大。

在圖2中引用了硫化膠于所研究的碳氫化合物中在同樣壓力下體積膨脹的相似數據,雖然于自由狀態下橡膠在芳香族碳氫化合物中的膨脹比在石臘中的大得多,但是當壓力增加時這種差異就減小。如果在自由狀態下丁腈-18硫化膠于芳香族和石臘碳氫化合物中膨脹值之間的差是300%值,那么在壓力100kg/cm²下它只不過等于10%值。

由圖3的數據看出:在高壓下聚合物和溶劑的性質對硫化膠的體積膨脹數值影響較小,耐油生膠和不耐油生膠其硫化膠于100kg/cm²下體積膨脹之間的值之差不大(10-15%),與此同時樣品在自由狀態下相差的值將達到300%。

基于對整個研究的硫化膠系統所獲得的試驗數據一膨脹因素,計算橡膠在壓力下體積膨脹的相對變化值:

橡膠膨脹

橡膠膨脹

橡膠膨脹

由表1的數據看出:非極性聚合物橡膠體積膨脹的相對變化在同樣壓力下實際上不依賴于溶脹劑的性質,而在極性聚合物橡膠的場合它隨著碳氫化合物對聚合物親和性的降低而變小。

橡膠膨脹

隨著聚合物內聚能E0的增加Kp值在芳香族以及石臘碳氫化合物中都減小(表2),試驗結果可以預測橡膠在石油基碳氫化合物中于壓力下體積膨脹的相對變化。

體積膨脹變化

體積膨脹變化

由圖4的數據看出,各種生膠的硫化膠在石油產品中,特別是在AMF-10油中,其體積膨脹與壓力的關系具有它們在單一的碳氫化合物中膨脹時所具有的特點,隨著聚合物內聚能的增加橡膠在AMF-10油中于壓力下的體積膨脹的相對變化減小。如果說非極性橡膠Kp值很少依賴于碳氫化合物的類型(見表1),那么它在石油基碳氫混合物中的膨脹不應該發生變化。實際上,天然膠的硫化膠系統和AMF-10油或者和煤油的Kp值即是在單一烴中的值。對于極性丁腈橡膠來說這個值比在石臘碳氫化合物中膨脹時大,卻比應用芳香族碳氫化合物時小(表3)。

體積膨脹與壓力的關系

利用任何種石油產品的Kp值都不可能比橡膠在芳香族碳氫化合物中膨脹時的大,并且,比它在石臘碳氫化合物中膨脹時的小。因此對極性生膠的硫化膠——石油產品系統(見表3)引用Kp值的意義是極重要的。

橡膠在自由狀態時的平衡膨脹愈高它在壓力下均勻壓縮時的體積膨脹減小的程度愈小。無限增加壓力時,橡膠的膨脹不會終止,但是壓力大于200kg/cm²時,橡膠的膨脹變得很小,而在所硏究的各種液體中實際上都變得一樣,在石油產品中和單一碳氫化合物中體積膨脹的變化特別是相似的。


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