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試樣對硫化橡膠壓縮變形的影響

時間:2019-11-01 1436 次瀏覽

信息摘要:在相同溫度和時間條件下,對用同一膠料制作的不同類型和規格的壓縮變形試樣進行壓縮變形試驗,對試驗結果進行比較分析。

壓縮變形是橡膠密封制品的特性指標,與橡膠密封制品的密封性能密切相關,因此技術人員在設計配方時總是希望能夠盡可能地降低壓縮變形,以達到最佳的密封效果。對同一膠料或硫化后具體產品,其壓縮變形性能已經確定,但是如果試樣不同,試驗結果也可能有差異。本文根據現行試驗方法標準規定,選擇不同試樣,在相同試驗溫度和試驗時間下進行試驗,通過對試驗結果進行對比分析,找出差異的原因和規律為橡膠密封制品的生產和使用單位提供幫助和借鑒。

1、實驗

1.1、膠料

丁腈橡膠是橡膠密封制品用量最大的橡膠,選擇主體材料為丁腈橡膠的膠料作為試驗用膠料具有現實意義。具體膠料選用定型的、生產往復運動O形橡膠密封圈(以下稱O形圈)、耐液壓油的膠料,其性能為:邵爾A硬度70,拉伸強度20MPa,拉斷伸長率485%,撕裂強度56KN/m,壓

縮變形(B型試樣,100℃×22h,壓縮率25%)21%,熱空氣老化(100℃×24h)后,拉斷伸長變化率-11%。

1.2、試樣

1)A型:試樣直徑29mm,高12.5mm;B型:試樣直徑13mm,高6.3mm。

2)試樣直徑10mm,高10mm。

3)O形圈試樣,規格為Φ82.5×5.3mm,Φ25×3.5mm,Φ14×2.65mm。

1.3、樣品制備

將混煉膠按GB/T 6038-2006的規定先在開煉機上熱煉過輥,然后在平板硫化機上模壓硫化。由于試樣截面大小不同,為了能使其內部也

都達到正硫化,采用以下硫化條件:

A型試樣、B型試樣、10×10mm試樣的硫化條件均為160℃×20min。

3種規格O形圈試樣的硫化條件均為160℃×15min。

1.4、試驗險條件

試驗溫度100℃,試驗時間分別為:24h,48h,72h,96h,168h。

1.5、試驗方法

A型、B型試樣按GB/T 7759-1996規定進行試驗,10×10mm試樣按GB1683-1981規定進行試驗,O形圈按GB/T 5720-2008規定的方法進行試驗。

2、試驗結果

2.1、A型、B型和10×10mm試樣的試驗結果

A型、B型和10×10mm試樣的試驗結果見表1。

O形圈試驗結果

2.2、O形圈試驗結果

O形圈試驗結果見表2和圖2

O形圈試驗結果

3、試驗結果比較分析

3.1、A型試樣與B型試樣試驗結果比較分析

從表1和圖1可以看出,A型試樣和B型試樣的壓縮變形都隨著試驗時間的增加而加大,但二者在相同時間的壓縮變形則完全不同,B型試樣的壓縮變形大于A型試樣的壓縮變形,在24h~168h的5個時間點,最小的相差6%,最大的相差11%。

A型試樣與B型試樣試驗中的壓縮率都為25%,試樣在同一老化箱放置,溫度完全相同,高度用同一厚度計測量,環境調節的條件也完全一致,這說明其試驗結果的差異與試驗方法無關,那么究竟是什么原因造成壓縮變形的差異呢?可以肯定地認為就是試樣不同所致。試樣的體積(v)、試樣在試驗過程中與空氣接觸的面積(S)及S/V見表3。

我們知道,壓縮變形由兩部分組成,一部分是物理變化,是由試樣受壓后分子產生相對位移引起的,部分是化學變化,是由橡膠與助劑或空氣中的氧等發生化學反應引起的,由此可以知道,壓縮變形還與試樣與空氣的接觸面積有關。從表3看出,在相同體積下,B型試樣與空氣的接觸面積是A型試樣的2.2倍,這就是說在試驗過程中,B型試樣的老化機會要大于A型試樣,因此B型試樣的壓縮變形大于A型試樣。另外,橡膠的熱空氣老化是由表及里的,試樣越大,內部的老化就會越慢,A型試樣的壓縮變形就會小于B型試樣。

O形圈試驗結果

3.2、B型試樣與10×10m試湘結果較分析

從表1和圖1可以看出,10×10mm試樣的壓縮變形遠大于B型試樣,在24h~168h的5個時間點,最小相差15%,最大相差17%。

影響10×10mm試樣和B型試樣試驗結果的因素較多。1)壓縮率不同。10×10mm試樣的壓縮率是30%,B型試樣的是25%,壓縮率對試驗結果的影響因未進行系統比較,還不得而知;2)試樣S/V不同。10×10mm試樣的S/V是0.4,略大于B型試樣;3)試驗方法不同。10×10mm試樣是在到達規定時間,將夾具從老化箱取出,在室溫下冷卻2h,然后打開夾具取出試樣,在自由狀態下停放h后測量試樣的恢復高度,而B型試樣是在到達規定時間后,從老化箱取出并立即打開夾具,使試樣在標準溫度環境下,自由狀態下放置30min,然后測量試樣的恢復高度。在以上因素中,認為影響試驗結果的主要因素是試驗方法,試驗方法最大的不同是10×10mm試樣是在壓縮狀態下室溫冷卻2h,然后在自由狀態下室溫恢復1h,這就使得受壓變形的橡膠分子只能在近乎室溫下恢復,由于此時橡膠分子的活性較低難,難以充分恢復,因此壓縮變形就大,而B型試樣是在標準溫度環境下,自由狀態下放置3min,受壓變形的橡膠分子是在試驗溫度(100℃)下開始恢復,盡管恢復溫度隨著時間不斷降低,橡膠分子的活性也在不斷降低,但其變形較10×10mm試樣能夠得到更為充分的恢復,壓縮變形也就較小。

3.3、O形圈試樣試驗結果比較分析

O形橡膠密封圈在所有密封制品中是生產量最大、標準化系列化程度最高、使用面最廣的一類密封制品。無論其作為靜密封,還是作為動

密封,壓縮變形都是最關鍵的特性指標。因此在很多場合人們直接用O形圈作為試樣,測定其壓縮變形。從表2和圖2看出:3個不同規格O形圈的壓縮變形隨著時間的增加不斷加大;截面直徑小的O形圈的壓縮變形總體大于截面直徑大的,而且隨著時間的增加,有繼續增大的趨勢。

O形圈壓縮變形的大小與內徑關系不大,主要與截面直徑有關,截面直徑越小,曲率越大,頂部受壓縮的程度越嚴重,壓縮變形就大,反之壓縮變形就小,這也告訴我們,在實際使用中為了保證密封效果,應盡可能選擇截面直徑較大的O形圈。

4、結論

(1)按GB/T 7759-1996進行試驗,B型試樣的壓縮變形大于A型試樣;

(2)按GB/T 7759-1996對B型試樣進行試驗,按GB/T 1683-1981對10×10mm試樣進行試驗,10×10mm試樣的壓縮變形大于B型試樣;

(3)O形圈截面直徑越小壓縮變形越大。


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