彈性高、摩擦系數(shù)大是橡膠材料固有的特 點(diǎn)。用橡膠材料壓制的密封件在動(dòng)態(tài)環(huán)境下使 用,因摩擦問(wèn)題,往往影響了密封功效和使用壽 命。為此,人們采用了多種辦法與措施進(jìn)行探 索,開(kāi)展了各種試驗(yàn)研究,力求實(shí)現(xiàn)降低橡膠動(dòng) 密封件的摩擦影響。最簡(jiǎn)便的方法是在橡膠材 料配方中加入潤(rùn)滑劑,達(dá)到減摩作用;或者改變 動(dòng)密封件的斷面結(jié)構(gòu),如將“O”型斷面設(shè)計(jì)成 “X”型斷面結(jié)構(gòu),也能起一定的減摩作用。

　　20世紀(jì)中期國(guó)內(nèi)外研究出的方法是:在橡 膠動(dòng)密封件工作面包覆一層厚度約0. 2 mm的 聚四氟乙烯(F4)薄膜,或者在密封件表面噴涂 一層聚四氟乙烯粉末,再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)。這兩種 方法均取得了明顯的減摩效果,受到廣泛的重 視并在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用。經(jīng)工作面粘貼F4薄 膜方法覆合成的密封件質(zhì)量好、作用明顯、可靠 性強(qiáng),在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較多,至今仍在重要 產(chǎn)品及特殊場(chǎng)合應(yīng)用,但成形工藝較復(fù)雜、生產(chǎn) 效率低。噴涂F4燒結(jié)的方法有覆合粘接強(qiáng)度 低、涂層易脫落且局限于耐高溫的氟橡膠等材 料的缺點(diǎn),應(yīng)用范圍受到限制

　　20世紀(jì)末期日 本アナハン株式會(huì)社研究出Emralon312J clear 水劑涂料,將其噴涂到密封件表面能起到一定 的減摩作用,施工工藝簡(jiǎn)易,但由于受力學(xué)性 能、粘接強(qiáng)度、使用溫度等因素的影響,該材料 的使用范圍有限,多用于O形橡膠密封圈的表 面處理。

　　丁腈橡膠以優(yōu)異的耐油性著稱(chēng),而且價(jià)格 便宜,在橡膠工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,尤其在 密封件中使用量最大。為了有效改善丁腈膠動(dòng) 密封件摩擦問(wèn)題,本文研究了應(yīng)用納米級(jí)高性 能潤(rùn)滑添加劑與膠粘劑的合理配合,經(jīng)過(guò)精細(xì) 加工,制出了半自潤(rùn)滑涂覆材料,通過(guò)臺(tái)架試 驗(yàn),表明其有明顯的潤(rùn)滑減摩效果。

　　1　實(shí)　驗(yàn)

　　1. 1　主要原材料

　　液體橡膠、液體,廣州東風(fēng)化工實(shí) 業(yè)有限公司;L150J,日本旭硝子公司;硅鈦復(fù)合 偶聯(lián)劑KH-553,南京能德化工有限公司;石墨 粉、二硫化鉬、硫磺、金屬氧化物、多胺助硫化 劑、促進(jìn)劑D等,均為市售商品。

　　1. 2　主要設(shè)備及儀器

　　SG65三輥研磨機(jī),常州自立化工機(jī)械有限 公司; Zwick/Roell Z010材料試驗(yàn)機(jī),德國(guó) Zwick;GT-7102泰伯爾磨耗試驗(yàn)機(jī),臺(tái)灣高鐵 檢測(cè)儀器有限公司; FTPLUS摩擦系數(shù)測(cè)定儀, 英國(guó)LLOYD;電子天平BS124s,德國(guó)Sartorius; VML400影像測(cè)量?jī)x,深圳智泰; RT-2-PCD油 封試驗(yàn)臺(tái),臺(tái)灣磐石油壓工業(yè)股份有限公司; LR016型老化試驗(yàn)箱,重慶銀河試驗(yàn)儀器有限 公司。

　　1. 3　混合與試樣制備

　　1. 3. 1　基本配方

　　液態(tài)橡膠100,液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂50, L150 7. 7,MoS295,石墨44. 7,KH-553 3. 2,硫磺0. 5 金屬氧化物9,多胺助硫化劑7,促進(jìn)劑D 1. 4。

　　1. 3. 2　試樣制備

　　將稱(chēng)量好的液態(tài)橡膠、液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、 L150J、MoS2、石墨粉、硫磺,置于廣口容器中,攪 拌均勻;加入KH-553,攪拌均勻;加入金屬氧化 物、多胺助硫化劑、促進(jìn)劑D,攪拌均勻;上三輥 研磨機(jī)精磨2~3遍,漿料用專(zhuān)用工具刮到硅橡 膠模具的模腔內(nèi),刮平靜置,于常壓、室溫條件 下自然固化,或常壓、室溫×4 d固化后置于電 熱鼓風(fēng)烘箱中90℃×40 min處理后,進(jìn)行各項(xiàng) 性能測(cè)試。

　　1. 3. 3　潤(rùn)滑層材料的應(yīng)用

　　將經(jīng)研磨好的漿料,刮入已稱(chēng)好質(zhì)量的廣 口容器中,按該漿料的實(shí)際質(zhì)量及施工工藝要 求的濃度,加入適量的有機(jī)溶劑醋酸乙酯,及時(shí) 攪拌至漿料完全溶解,便可進(jìn)行施工。施工方 法適于浸涂、刷涂和噴涂包覆至丁腈膠動(dòng)密封 件的工作面上,經(jīng)常壓、室溫條件下固化而成。

　　2　結(jié)果與討論

　　2. 1　性能檢測(cè)

　　各種材料的力學(xué)性能、磨損性能、抗撕裂強(qiáng) 度、粘接剝離強(qiáng)度、耐液體介質(zhì)試驗(yàn)、摩擦系數(shù) 的測(cè)定等,均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 執(zhí)行。個(gè)別項(xiàng)目測(cè)試按非標(biāo)方法進(jìn)行。

　　2. 2　潤(rùn)滑層材料性能

　　潤(rùn)滑層材料的基本性能列于表1。

　　從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,潤(rùn)滑層材料A4-2的 綜合性能良好。 潤(rùn)滑層材料A4-2和丁腈膠油封膠料N33 耐液體介質(zhì)性能試驗(yàn)列于表2。 從表2可知, A4-2材料的耐油性能比 N334稍好,但耐自來(lái)水性能不及N334穩(wěn)定。

　　2. 3　潤(rùn)滑層材料性能與相關(guān)材料性能的比較

　　2. 3. 1　力學(xué)性能

　　為了進(jìn)一步了解潤(rùn)滑層材料與其他相關(guān)材 料力學(xué)性能、撕裂性能、磨耗性能的關(guān)系,進(jìn)行 了部分對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果列于表3。 從表3數(shù)據(jù)分析可知: (1)N338、N334、PT- FE試樣均為高壓、高溫硫化或燒結(jié)而成,材料 力學(xué)性能高,抗撕裂強(qiáng)度大,耐磨性能好; (2) A4-2試樣為常壓室溫固化,材料密度、交聯(lián)程 度會(huì)有影響,耐磨性較差; (3)泰伯爾磨耗性能 與材料的類(lèi)型、特性、組分及試樣的制備工藝有 密切的關(guān)系。

　　2. 3. 2　摩擦系數(shù)

　　按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)HG/T2729-95(硫化橡膠與薄 片摩擦系數(shù)的測(cè)定-滑動(dòng)法)制作了多種材料 的試樣:PTFE、N308、N334、A4-2,以及噴涂到橡

　　膠試樣表面的日本アナハン株式會(huì)社生產(chǎn)的薄 膜材料Emralon 312J-L(藍(lán)色)、312J-B (半透 明)試樣等。應(yīng)用FTPLUS摩擦系數(shù)測(cè)定儀,采 用三種材質(zhì)的滑動(dòng)板: F4板(測(cè)定儀附件)、拋 光鋼板(718#鋼,光潔度0. 2μm)、氮化鋼板 (45#鋼,光潔度0. 2μm,再滲氮處理),按標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)定,測(cè)試結(jié)果列于表4。

　　從表4試驗(yàn)結(jié)果可知: (1)摩擦系數(shù)與材 料的組成及所接觸的材質(zhì)有關(guān),其中F4的靜、 動(dòng)摩擦系數(shù)最小; (2)N334、A4-2、312J-L這幾 種材料的摩擦系數(shù)基本相當(dāng),根據(jù)接觸的活動(dòng) 板不同,靜、動(dòng)摩擦系數(shù)略有差異; (3)312J-B、 N308的摩擦系數(shù)較大; (4)A4-2材料的對(duì)F4 板、拋光鋼板和氮化鋼板的動(dòng)摩擦系數(shù)較小。 應(yīng)用FTPLUS摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)繪出表4 中6種材料的摩擦系數(shù),如圖1所示。

　　(1)摩擦系數(shù)大小的順 序?yàn)镻TFE

　　(2)各種材料的靜、動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)大小不 一樣,在試驗(yàn)條件下顯示的并不是一個(gè)恒定值, 而是在一定的范圍內(nèi)不斷波動(dòng)變化的值。

　　2. 3. 3　油封臺(tái)架試驗(yàn)

　　應(yīng)用N334油封膠料按常規(guī)生產(chǎn)工藝壓制 Ф100×125×12內(nèi)骨架橡膠油封6件,切唇裝 彈簧后編號(hào)為1#~6#。其中1#、2#為橡膠油封 空白試樣; 3#橡膠油封唇口噴涂312J-L潤(rùn)滑層 材料;4#、5#、6#橡膠油封唇口浸涂A4-2潤(rùn)滑層材 料。將這3種不同類(lèi)型的橡膠油封安裝在磐石 油封試驗(yàn)臺(tái)上,密封介質(zhì)為32#液壓油,進(jìn)行臺(tái)架 試驗(yàn)和對(duì)比考核。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表5~7中。 從表5試驗(yàn)結(jié)果可知:在相同的試驗(yàn)條件 下,油封空白試樣密封唇口的摩擦力比密封唇 口包覆A4-2潤(rùn)滑層薄膜的摩擦力大,導(dǎo)致油介 質(zhì)溫度升高。隨著旋轉(zhuǎn)速度加快,試驗(yàn)時(shí)間延 長(zhǎng),油介質(zhì)的溫差增大。

　　從表6試驗(yàn)結(jié)果可知: 1#油封空白試樣試 驗(yàn)過(guò)程摩擦力比唇口包覆A4-2潤(rùn)滑層薄膜油 封的摩擦力大,在6 000 r/min工作20 h與在 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繼續(xù)試 驗(yàn)6 h后,密封性能依然良好,未見(jiàn)泄漏。

　　對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示,油封唇口包覆A4-2潤(rùn) 滑層薄膜材料的摩擦系數(shù)較低,潤(rùn)滑性能良好, 能延長(zhǎng)油封使用壽命。

　　從表7結(jié)果可知: 3#油封在6 000 r/min試 驗(yàn)時(shí)間2 h之內(nèi)油介質(zhì)溫度較低,表明油封唇 潤(rùn)滑性能較4#油封好。但試驗(yàn)時(shí)間超過(guò)2 h,油 介質(zhì)溫度升高,在8 000 r/min下4. 5 h后油溫 升至100℃,涂層已磨損、脫落,開(kāi)始泄漏。表 明涂有A4-2潤(rùn)滑材料的油封性能良好,A4-2 潤(rùn)滑層材料的力學(xué)性能、粘接性能、潤(rùn)滑性能、 耐溫性能優(yōu)于312J-L材料,作為油封涂層 延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)油封的使用壽命。

　　3　結(jié)　論

　　1.材料的泰伯爾磨耗性能與材料的力學(xué)性 能、撕裂強(qiáng)度有關(guān),拉伸強(qiáng)度高、抗撕性好,耐磨 性就好;摩擦系數(shù)的大小與該材料耐磨性能優(yōu) 劣沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系,與材質(zhì)特性有關(guān)。

　　2.不同材料的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)有較大的差 異,在試驗(yàn)條件下呈現(xiàn)出的材料靜、動(dòng)摩擦系數(shù) 不是一個(gè)恒定值,而是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)變化。

　　3.橡膠動(dòng)密封件的使用性能與摩擦系數(shù)有 密切關(guān)系。摩擦系數(shù)大,密封工作面的摩擦力 大,則發(fā)熱量大,加速了密封件的熱氧老化,縮 短了密封件的使用壽命。

　　4.通過(guò)內(nèi)骨架橡膠油封臺(tái)架試驗(yàn)實(shí)際考 核,油封密封唇口包覆A4-2潤(rùn)滑層材料的性能優(yōu)于唇口純橡膠油封性能及唇口包覆Emralon 312J潤(rùn)滑層材料油封的性能。表明A4-2潤(rùn)滑 層材料具有實(shí)際使用價(jià)值,可以應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化 生產(chǎn)中。