弹性高、摩擦系数大是橡胶材料固有的特 点。用橡胶材料压制的密封件在动态环境下使 用,因摩擦问题,往往影响了密封功效和使用寿 命。为此,人们采用了多种办法与措施进行探 索,开展了各种试验研究,力求实现降低橡胶动 密封件的摩擦影响。最简便的方法是在橡胶材 料配方中加入润滑剂,达到减摩作用;或者改变 动密封件的断面结构,如将“O”型断面设计成 “X”型断面结构,也能起一定的减摩作用。
20世纪中期国内外研究出的方法是:在橡 胶动密封件工作面包覆一层厚度约0. 2 mm的 聚四氟乙烯(F4)薄膜,或者在密封件表面喷涂 一层聚四氟乙烯粉末,再经高温烧结。这两种 方法均取得了明显的减摩效果,受到广泛的重 视并在生产实践中应用。经工作面粘贴F4薄 膜方法覆合成的密封件质量好、作用明显、可靠 性强,在产业化生产中应用较多,至今仍在重要 产品及特殊场合应用,但成形工艺较复杂、生产 效率低。喷涂F4烧结的方法有覆合粘接强度 低、涂层易脱落且局限于耐高温的氟橡胶等材 料的缺点,应用范围受到限制
20世纪末期日 本アナハン株式会社研究出Emralon312J clear 水剂涂料,将其喷涂到密封件表面能起到一定 的减摩作用,施工工艺简易,但由于受力学性 能、粘接强度、使用温度等因素的影响,该材料 的使用范围有限,多用于O形橡胶密封圈的表 面处理。
丁腈橡胶以优异的耐油性著称,而且价格 便宜,在橡胶工业中得到了广泛的应用,尤其在 密封件中使用量最大。为了有效改善丁腈胶动 密封件摩擦问题,本文研究了应用纳米级高性 能润滑添加剂与胶粘剂的合理配合,经过精细 加工,制出了半自润滑涂覆材料,通过台架试 验,表明其有明显的润滑减摩效果。
1 实 验
1. 1 主要原材料
液体橡胶、液体环氧树脂,广州东风化工实 业有限公司;L150J,日本旭硝子公司;硅钛复合 偶联剂KH-553,南京能德化工有限公司;石墨 粉、二硫化钼、硫磺、金属氧化物、多胺助硫化 剂、促进剂D等,均为市售商品。
1. 2 主要设备及仪器
SG65三辊研磨机,常州自立化工机械有限 公司; Zwick/Roell Z010材料试验机,德国 Zwick;GT-7102泰伯尔磨耗试验机,台湾高铁 检测仪器有限公司; FTPLUS摩擦系数测定仪, 英国LLOYD;电子天平BS124s,德国Sartorius; VML400影像测量仪,深圳智泰; RT-2-PCD油 封试验台,台湾磐石油压工业股份有限公司; LR016型老化试验箱,重庆银河试验仪器有限 公司。
1. 3 混合与试样制备
1. 3. 1 基本配方
液态橡胶100,液态环氧树脂50, L150 7. 7,MoS295,石墨44. 7,KH-553 3. 2,硫磺0. 5 金属氧化物9,多胺助硫化剂7,促进剂D 1. 4。
1. 3. 2 试样制备
将称量好的液态橡胶、液态环氧树脂、 L150J、MoS2、石墨粉、硫磺,置于广口容器中,搅 拌均匀;加入KH-553,搅拌均匀;加入金属氧化 物、多胺助硫化剂、促进剂D,搅拌均匀;上三辊 研磨机精磨2~3遍,浆料用专用工具刮到硅橡 胶模具的模腔内,刮平静置,于常压、室温条件 下自然固化,或常压、室温×4 d固化后置于电 热鼓风烘箱中90℃×40 min处理后,进行各项 性能测试。
1. 3. 3 润滑层材料的应用
将经研磨好的浆料,刮入已称好质量的广 口容器中,按该浆料的实际质量及施工工艺要 求的浓度,加入适量的有机溶剂醋酸乙酯,及时 搅拌至浆料完全溶解,便可进行施工。施工方 法适于浸涂、刷涂和喷涂包覆至丁腈胶动密封 件的工作面上,经常压、室温条件下固化而成。
2 结果与讨论
2. 1 性能检测
各种材料的力学性能、磨损性能、抗撕裂强 度、粘接剥离强度、耐液体介质试验、摩擦系数 的测定等,均按国家标准或化工行业标准规定 执行。个别项目测试按非标方法进行。
2. 2 润滑层材料性能
润滑层材料的基本性能列于表1。
从表1试验数据可知,润滑层材料A4-2的 综合性能良好。 润滑层材料A4-2和丁腈胶油封胶料N33 耐液体介质性能试验列于表2。 从表2可知, A4-2材料的耐油性能比 N334稍好,但耐自来水性能不及N334稳定。
2. 3 润滑层材料性能与相关材料性能的比较
2. 3. 1 力学性能
为了进一步了解润滑层材料与其他相关材 料力学性能、撕裂性能、磨耗性能的关系,进行 了部分对比试验,结果列于表3。 从表3数据分析可知: (1)N338、N334、PT- FE试样均为高压、高温硫化或烧结而成,材料 力学性能高,抗撕裂强度大,耐磨性能好; (2) A4-2试样为常压室温固化,材料密度、交联程 度会有影响,耐磨性较差; (3)泰伯尔磨耗性能 与材料的类型、特性、组分及试样的制备工艺有 密切的关系。
2. 3. 2 摩擦系数
按国家标准HG/T2729-95(硫化橡胶与薄 片摩擦系数的测定-滑动法)制作了多种材料 的试样:PTFE、N308、N334、A4-2,以及喷涂到橡
胶试样表面的日本アナハン株式会社生产的薄 膜材料Emralon 312J-L(蓝色)、312J-B (半透 明)试样等。应用FTPLUS摩擦系数测定仪,采 用三种材质的滑动板: F4板(测定仪附件)、抛 光钢板(718#钢,光洁度0. 2μm)、氮化钢板 (45#钢,光洁度0. 2μm,再渗氮处理),按标准 规定进行摩擦系数测定,测试结果列于表4。
从表4试验结果可知: (1)摩擦系数与材 料的组成及所接触的材质有关,其中F4的静、 动摩擦系数最小; (2)N334、A4-2、312J-L这几 种材料的摩擦系数基本相当,根据接触的活动 板不同,静、动摩擦系数略有差异; (3)312J-B、 N308的摩擦系数较大; (4)A4-2材料的对F4 板、抛光钢板和氮化钢板的动摩擦系数较小。 应用FTPLUS摩擦系数测定仪测绘出表4 中6种材料的摩擦系数,如图1所示。
(1)摩擦系数大小的顺 序为PTFE
(2)各种材料的静、动态摩擦系数大小不 一样,在试验条件下显示的并不是一个恒定值, 而是在一定的范围内不断波动变化的值。
2. 3. 3 油封台架试验
应用N334油封胶料按常规生产工艺压制 Ф100×125×12内骨架橡胶油封6件,切唇装 弹簧后编号为1#~6#。其中1#、2#为橡胶油封 空白试样; 3#橡胶油封唇口喷涂312J-L润滑层 材料;4#、5#、6#橡胶油封唇口浸涂A4-2润滑层材 料。将这3种不同类型的橡胶油封安装在磐石 油封试验台上,密封介质为32#液压油,进行台架 试验和对比考核。
实验结果列入表5~7中。 从表5试验结果可知:在相同的试验条件 下,油封空白试样密封唇口的摩擦力比密封唇 口包覆A4-2润滑层薄膜的摩擦力大,导致油介 质温度升高。随着旋转速度加快,试验时间延 长,油介质的温差增大。
从表6试验结果可知: 1#油封空白试样试 验过程摩擦力比唇口包覆A4-2润滑层薄膜油 封的摩擦力大,在6 000 r/min工作20 h与在 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继续试 验6 h后,密封性能依然良好,未见泄漏。
对比试验结果显示,油封唇口包覆A4-2润 滑层薄膜材料的摩擦系数较低,润滑性能良好, 能延长油封使用寿命。
从表7结果可知: 3#油封在6 000 r/min试 验时间2 h之内油介质温度较低,表明油封唇 润滑性能较4#油封好。但试验时间超过2 h,油 介质温度升高,在8 000 r/min下4. 5 h后油温 升至100℃,涂层已磨损、脱落,开始泄漏。表 明涂有A4-2润滑材料的油封性能良好,A4-2 润滑层材料的力学性能、粘接性能、润滑性能、 耐温性能优于312J-L材料,作为油封涂层 延长旋转油封的使用寿命。
3 结 论
1.材料的泰伯尔磨耗性能与材料的力学性 能、撕裂强度有关,拉伸强度高、抗撕性好,耐磨 性就好;摩擦系数的大小与该材料耐磨性能优 劣没有直接对应关系,与材质特性有关。
2.不同材料的静、动摩擦系数有较大的差 异,在试验条件下呈现出的材料静、动摩擦系数 不是一个恒定值,而是在一定范围内波动变化。
3.橡胶动密封件的使用性能与摩擦系数有 密切关系。摩擦系数大,密封工作面的摩擦力 大,则发热量大,加速了密封件的热氧老化,缩 短了密封件的使用寿命。
4.通过内骨架橡胶油封台架试验实际考 核,油封密封唇口包覆A4-2润滑层材料的性能优于唇口纯橡胶油封性能及唇口包覆Emralon 312J润滑层材料油封的性能。表明A4-2润滑 层材料具有实际使用价值,可以应用于产业化 生产中。
