aem膠料性能研究

aem膠料性能研究

眾所周知，旋轉(zhuǎn)軸的嘴唇摩擦可以將軸向旋轉(zhuǎn)，防止液體或潤滑劑泄漏，并在旋轉(zhuǎn)期間進行動態(tài)密封。同時，它可以防止外部灰塵和沉積物的入侵，廣泛應(yīng)用于汽車、拖機、船舶、床、工程機械等設(shè)備。如今,隨著各類設(shè)備向大功率小型化方向發(fā)展,人們對旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的密封結(jié)構(gòu)和性能提出了新要求。本文為滿足某型設(shè)備的密封要求,研發(fā)了一種新型耐高低溫的旋轉(zhuǎn)軸唇形雙向密封圈(即一側(cè)封油,另一側(cè)封氣),該密封圈質(zhì)量的好壞直接影響著所用設(shè)備的正常使用,其密封結(jié)構(gòu)和橡膠材料起著至關(guān)重要的作用耐油特種橡膠通常有丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、氟橡膠(FKM)、氟醚橡膠(PMVE)、丙烯酸酯橡膠(ACM)、乙烯丙烯酸酯橡膠(AEM)高性能密封制品要求橡膠具有較低壓縮永久變形、優(yōu)異力學(xué)性能、耐油性、耐熱性、耐機械磨損性和抗撕裂性能,并具有低溫柔順性。本文在通用旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的選材和設(shè)計基礎(chǔ)上,依據(jù)膠料的工藝、性能和成本,并通過成品試驗考核,研制出了新型旋轉(zhuǎn)軸唇形雙向密封圈(見圖1),其所用材料加工工藝性能良好,產(chǎn)品性能滿足使用要求,生產(chǎn)成本適宜,值得推廣使用。1實驗部分1.1其他配合劑的研制氫化丁腈橡膠(HNBR),2157,德國朗盛公司;氟橡膠(FKM),F2462,上海三愛富公司;氟醚橡膠(PMVE),GLT600S,美國杜邦公司;丙烯酸酯橡膠(ACM),AR74X,日本瑞翁公司;乙烯丙烯酸酯橡膠(AEM),UltraIP和GLS,美國杜邦公司;其他配合劑均為市售橡膠工業(yè)常用原材料。實驗基本配方:丁腈橡膠的耐熱性差,不予采用;本研究采用5種不同生膠配方(質(zhì)量份)進行試驗。HNBR,100;氧化鋅,5;硬脂酸,1;活性氧化鎂,5;炭黑,40;增塑劑,5;DCP,4;TAIC,1.5;導(dǎo)熱減磨劑,3。FKM,100;氫氧化鈣,6;活性氧化鎂,3;炭黑,10;雙酚A,2.2;芐基三苯基氯化磷,0.6;導(dǎo)熱減磨劑,3。PMVE,100;氫氧化鈣,6;活性氧化鎂,3;炭黑,12;雙2,5,2;TAIC,4;導(dǎo)熱減磨劑,3。ACM,100;防老劑445,2;VAM,1.5;18D,0.8;炭黑,90;TP-759,3;S,0.3;硬脂酸鉀,0.3;硬脂酸納,3;導(dǎo)熱減磨劑,3。AEM,100;防老劑445,2;VAM,1.5;18D,0.8;炭黑,45;TP-759,變量;DOTG,2;1#硫化劑,2.2;導(dǎo)熱減磨劑,變量。1.2儀器和試驗箱開煉機,XK-160型,廣東湛江機械廠;50t電熱平板硫化機,上海輕工機械股份有限公司;電子拉力試驗機,DXLL-2500型,深圳市新三思材料檢測有限公司;橡膠硬度計,XHS-A型,營口市材料試驗機廠;老化試驗箱,401A型,上海市輕工機械股份有限公司;阿克隆磨耗測試機,江都試驗機械廠;低溫回縮,GIBITRE型,意大利GIBITRE公司。1.3混煉膠的制備使用開煉機混煉膠料,塑煉生膠4~5遍;包輥后,依次加入防老劑、活性劑、炭黑和加工助劑;待吃料完畢后,再加入促進劑和硫化劑;待吃料完畢后,調(diào)小輥距薄通6遍,打卷數(shù)個,放大輥距,下片,制得混煉膠。停放24h后,返煉,出片,使用平板硫化機硫化試樣,硫化條件見表1。1.4熱性能與磨耗性能測試?yán)煨阅馨碐B/T528-2009測試;硬度按GB/T531-2008測試;壓縮永久變形按GB/T7759-1996測試,B型試樣,壓縮率25%;耐液體試驗按GB/T1690-2006測試;熱老化性能按GB/T3512-2001測試;阿克隆磨耗性能按GB/T1689-1998測試;低溫回縮按GB/T7758-2002測試,拉伸率50%;新型旋轉(zhuǎn)軸唇形雙向密封圈成品試驗在專用設(shè)備上進行,要求設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中密封某種潤滑油,試驗溫度170℃,轉(zhuǎn)速700r/min,間歇使用,連續(xù)使用最短時間為8h,設(shè)備停止時氣封一側(cè)密封0.8MPa氣體,在-30℃~170℃充放氣3次,連續(xù)使用最短時間8h,保證氣體密封,試驗時間共160h,采用3組樣品進行試驗。2結(jié)果與討論2.1膠料混煉工況HNBR膠料混煉工藝良好;FKM膠料混煉工藝也良好,但混煉過程中生熱大;PMVE膠料混煉工藝與FKM相同;ACM膠料混煉工藝差,其原因是膠料粘度低,混煉過程中出現(xiàn)粘輥,影響混煉效率和混煉質(zhì)量;AEM橡膠中的VamacGLS牌號混煉工藝與ACM基本相同,UltraIP牌號的混煉工藝較為良好2.2膠壓與密封性能考核橡膠的耐低溫性、耐油性和耐熱空氣老化性與其固有分子結(jié)構(gòu)和膠料配方密切相關(guān);適宜的彈性影響油封的磨耗、側(cè)壓力造成的偏磨補償力和產(chǎn)品隨動性;橡膠材料的耐溫性與其具體使用溫度有關(guān),170℃以下使用時,油封唇口摩擦,唇口實際使用溫度高于170℃,因本產(chǎn)品為間歇使用,選用170℃×72h作為橡膠性能考核指標(biāo);橡膠的耐油性隨溫度的升高而變差,對成品使用性能影響較大,本文選取170℃×72h的力學(xué)性能變化和體積變化作為指標(biāo);低溫對橡膠性能的影響較大,隨著溫度的變低,橡膠材料變硬甚至變脆,一般油封在低溫下啟動時,盡管抱緊力大,但彈性差,一經(jīng)啟動由摩擦生熱會使唇口溫度迅速上升,恢復(fù)彈性,即使在脆性溫度下,油封亦能正常工作,本文新型旋轉(zhuǎn)軸唇形雙向密封圈的安裝和使用過程中存在偏移和磨損,使用過程中需要一定的橡膠彈性來保證密封,低溫回縮是材料在拉伸狀態(tài)下冷凍,隨著溫度的升高材料彈性恢復(fù),TR10一般作為表征動態(tài)密封制品的低溫指標(biāo),本文選用TR10作為低溫考核指標(biāo)。不同膠料實測性能見表2。從表2可看出,HNBR膠料的強度和磨耗較好,拉伸強度24MPa,磨耗為0.016cm2.3產(chǎn)品模具結(jié)構(gòu)分析模具結(jié)構(gòu)對橡膠產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要作用。本產(chǎn)品采用三開模成型,可滿足小批量生產(chǎn)要求,其模具示意結(jié)構(gòu)見圖2。產(chǎn)品硫化成型后,經(jīng)修邊和二段硫化處理,最后切唇得到成品。2.4彈性接觸密封試驗新型旋轉(zhuǎn)軸唇形雙向密封圈的密封唇口直徑要小于設(shè)備的軸徑,刃口與軸的接觸產(chǎn)生一定的抱緊力,旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的金屬彈簧對軸產(chǎn)生徑向抱緊力,旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的腰部對軸產(chǎn)生一定的彈力,這3個力的疊加對軸產(chǎn)生的徑向力達到密封作用,使用過程中不僅要承受介質(zhì)溫度,還要承受由唇部與軸的摩擦而產(chǎn)生的熱量;氣封唇口主要通過刃口與軸的接觸產(chǎn)生一定的抱緊力,實現(xiàn)彈性接觸密封。HNBR膠料在后期使用過程中,其中1組出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,其原因可能是HNBR高溫老化后硬度增大較大,伸長率減小,副唇老化和磨損,低溫下彈性補償密封不足;FKM膠料低溫性能較差,在-30℃為玻璃態(tài),橡膠失去彈性,低溫打壓時均出現(xiàn)漏氣;PMVE膠料使用性能良好;ACM膠料的強度、磨耗和彈性均較差,使用前期良好,后期磨損嚴(yán)重,而且橡膠彈性較差,補償密封力較弱,發(fā)生低溫漏氣和漏油;AEM膠料使用較為良好。經(jīng)成品試驗考核,PMVE和AEM膠料通過考核,綜合膠料混煉工藝、試驗結(jié)果和制造成本,選用性能較為優(yōu)異的AEM膠料作為生產(chǎn)新型旋轉(zhuǎn)軸唇形雙向密封圈用膠料。3gls膠料與aem膠料聯(lián)用(1)HNBR與AEM中的UltraIP膠料混煉工藝良好;FKM和PMVE混煉工藝也良好,但生熱大;ACM和AEM中的GLS膠料混煉時出現(xiàn)粘輥,工藝較差;AEM中的GLS膠料和AEM中的UltraIP膠料并用時,并用膠混