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丁腈橡膠密封圈壓縮變形研究

時間:2019-08-02 1458 次瀏覽

信息摘要:橡膠密封材料,由于受機械力、介質及空氣中的氧和溫度的共同作用產生累積變形,導致密封材料壓縮比減小而產生泄漏,喪失其機械性能。選擇壓縮變形為評價指標可以準確反映制品的使用性能。

橡膠密封材料,由于受機械力、介質及空氣中的氧和溫度的共同作用產生累積變形,導致密封材料壓縮比減小而產生泄漏,喪失其機械性能。選擇壓縮變形為評價指標可以準確反映制品的使用性能。隨著機械工業的發展,對密封圈、油封等耐油橡膠制品要求越來越高,這就要求橡膠具有較高的強度和在高溫下有較低的壓縮變形。丁腈橡膠以優良的耐油性、耐熱性、物理機械性能、易加工性能且價格低廉等優點,已成為汽車、航空、儀表和機械制造等工業部門重要的密封材料。根據制品工作條件,對丁腈橡膠的性能要求也日趨提高,特別是要求改善壓縮變形性能。

本文著重研究了在1,12二叔丁基過氧基23,3,52三甲基環己烷(3m硫化劑)過氧化物硫化體系下,N,N2間苯撐雙馬來酰亞胺(HVA-2)對丁腈橡膠100%定伸應力、硬度及壓縮變形的影響,并對其影響機理作了初步探討。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠,JSP230S;二硫化四甲基秋蘭姆(TT)、硫黃、1,1-二叔丁基過氧基-3  3,5-三甲基環己烷(3m硫化劑);其他配合劑均為橡膠工業常用國產原材料。

1.2 試驗配方

丁腈橡膠,100;氧化鋅,5.0;硬脂酸,1.0;防老劑RD,1.5;炭黑,50;3m硫化劑,2.0;HVA-2,變量。

1.3 試樣制備及性能測試

在150mm開煉機上按常規混煉方法進行混煉,硫化溫度為150℃,硫化時間為硫化儀所測得的t90,用25t電熱平板硫化機硫化試樣。

按照GB/T528-1998標準,在GT-TCS-2000型電子拉伸試驗機上測試試樣的拉伸強度、100%定伸應力等。

按照GB/T528-1999標準,對試樣撕裂強度進行測試。拉伸速度為500mm/min,試片厚度為2mm。

按照GB/T531-1999標準,采用XY-1型邵爾A型硬度計對試樣硬度進行測試。

按GB/T1683-1981標準測試試樣壓縮變形,壓縮率25%,實驗溫度150℃,壓縮時間24h。

交聯密度的測試:采用平衡溶脹法測試硫化膠的表觀交聯密度。將已知質量的試樣置于乙酸乙酯溶劑中,室溫下溶脹至平衡溶脹狀態,受測試樣恒重時為止。測試恒重后試樣質量.

2 結果與討論

2.1 HVA-2用量對交聯密度的影響

隨著HVA-2用量的增加,丁腈橡膠硫化膠的交聯密度增大。這說明HVA-2是一個很好的交聯活性助劑,可以有效地提高丁腈橡膠硫化膠的交聯密度。這是由HVA-2本身的結構所決定的,因為HVA-2分子的2個5元雜環中各有1個順式雙鍵,在硫化過程中此雙鍵被過氧化物引發致使π鍵打開,形成HVA-2自由基活性種,該活性種可以與NBR發生共交聯反應,從而起到了交聯助劑的作用,使得硫化膠交聯密度增大。

2.2 HVA-2用量對100%定伸應力的影響

隨著HVA-2用量的增加,丁腈橡膠硫化膠的100%定伸應力有很大提高。這是因為定伸應力作為材料剛性的量度,它表征了硫化膠總的交聯密度,定伸應力和硫化膠總的交聯密度之間存在著線性關系,而隨著HVA-2用量的增大,硫化膠總的交聯密度增大,因此導致丁腈橡膠100%定伸應力有很大提高。當用量為5份時,100%定伸應力達到18.9MPa。

2.3 HVA-2用量對壓縮變形的影響

隨著HVA-2用量的增加,硫化膠壓縮變形性能得到了很大提高。這是因為橡膠的壓縮變形跟硫化膠的結構、交聯鍵類型和交聯密度有關。對于同一種橡膠,其硫化膠的交聯鍵鍵能越大,壓縮變形就越小;在同種交聯鍵類型下,交聯密度大的硫化膠,其壓縮變形比較小。在本試驗硫化體系中由于形成的交聯鍵都為碳-碳鍵,所以其壓縮變形主要由橡膠的交聯密度決定。因此,隨著HVA-2用量增加,硫化膠交聯密度增大,其壓縮變形降低。在用量為5份時,壓縮變形為19%。

2.4 HVA-2用量對硬度的影響

橡膠硬度表征了橡膠抵抗壓縮變形的能力,硬度同定伸應力一樣都是作為橡膠材料剛性的量度。因此,它隨HVA-2用量的變化趨勢和100%定伸應力的變化趨勢一樣,也是隨著HVA-2用量的增大而增大。當用量達到5份時,材料硬度為81度。

3 結論

在3m過氧化物硫化體系中,HVA-2起著很好的共交聯劑作用。隨著其用量的增加硫化膠的交聯密度、100%定伸應力和邵爾A硬度均增大,壓縮變形減小。當用量為5份時,100%定伸應力為18.9MPa,壓縮變形為19%,硬度為81度,具有很好的綜合力學性能。