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        氯丁橡膠滾動密封圈密封不嚴(yán)及其解決措施

        2014-10-22 12:49:58易學(xué)平
        機(jī)械工程與自動化 2014年1期

        易學(xué)平,戴 樂

        (1.中國船舶重工集團(tuán)公司 第七一〇研究所,湖北 宜昌 443003;2.海軍駐洛陽四〇七廠軍事代表室,河南 洛陽 471039)

        0 引言

        滾動密封圈是某水下振源體的密封配件,其主要作用是在振源體工作時(shí)該密封圈將殼體內(nèi)與周圍環(huán)境分開,既起到靜密封作用,又具有動密封的效果。該密封圈膠料需耐油、耐海水腐蝕、耐紫外線,同時(shí)為了保證密封圈做高頻率的振動,膠料材料必須具有高的靈敏度和柔性,密封圈橡膠選擇的膠料是氯丁橡膠CR232,但是在實(shí)際使用過程中,密封圈在低溫時(shí)還是出現(xiàn)了密封不嚴(yán)現(xiàn)象。本文針對滾動密封圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對其密封不嚴(yán)原因及其解決措施進(jìn)行論述。

        1 滾動密封圈的結(jié)構(gòu)

        滾動密封圈外形呈圓環(huán)狀,截面為半圓形,主要由內(nèi)圈(氯丁橡膠CR232)和動壓板(鈦板TA2)組成,內(nèi)圈與動壓板硫化成形,硫化間隙均勻。滾動密封圈通過壓緊動壓板使橡膠在膜板處產(chǎn)生變形從而密封,橡膠硬度在標(biāo)準(zhǔn)條件下要求為55°±5°(邵爾A)。滾動密封圈結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        圖1 滾動密封圈結(jié)構(gòu)示意圖

        2 氯丁橡膠材料性能

        氯丁橡膠是一種具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、粘結(jié)性和耐侯性以及耐油性的合成橡膠,以氯丁二烯為主要原料,通過均聚或共聚制得的一種彈性體。由于氯丁橡膠分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性,無論是生膠或硫化膠在較低溫度下都具有明顯的結(jié)晶傾向,導(dǎo)致橡膠變硬,但溫度升到60℃~70℃時(shí),其結(jié)晶現(xiàn)象消失;氯丁橡膠分子中含有極性氯原子,分子間內(nèi)聚能較高,具有規(guī)整的分子排列和可逆的結(jié)晶性能,使得其力學(xué)性能優(yōu)異。

        3 滾動密封圈密封不嚴(yán)的原因

        水下振源體工作一段時(shí)間后,滾動密封圈出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象,對振源體進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)動壓板兩個(gè)螺栓之間漏氣,初步分析密封不嚴(yán)的原因有兩個(gè)方面:①動壓板強(qiáng)度不足;②環(huán)境溫度過低,滾動密封圈硬度過高。動壓板強(qiáng)度不足,安裝后兩個(gè)螺栓之間的動壓板凸起,導(dǎo)致密封不嚴(yán)。變更動壓板材料,由TA2材料變?yōu)門A5材料,提高鈦板剛度。試驗(yàn)前密封圈硬度檢測結(jié)果為80°(邵爾A)左右,經(jīng)密封試驗(yàn)檢測證明漏水現(xiàn)象盡管有所改善,但是仍有部分存在密封不嚴(yán)的現(xiàn)象,不符合要求。可見滾動密封圈漏水的原因是環(huán)境溫度過低,氯丁橡膠發(fā)生結(jié)晶,從而使?jié)L動密封圈硬度過高,動壓板壓不緊,導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

        高分子物質(zhì)的結(jié)晶是指隨著溫度的降低,分子鏈之間的范德華力加大,分子鏈的柔性降低,導(dǎo)致出現(xiàn)分子鏈聚集及材料變硬的過程。分子量越大,鏈的結(jié)構(gòu)越簡單,對稱性越高,鏈的規(guī)整性越好,取代基的空間位阻越小,鏈的柔順性越大,則越易結(jié)晶,反之,則不易結(jié)晶。氯丁橡膠CR232是由氯丁二烯聚合而成,由于其分子鏈結(jié)構(gòu)特征簡單而且比較規(guī)整,隨著溫度的降低,氯丁橡膠更容易結(jié)晶,表現(xiàn)為膠料在低溫下易變硬。

        4 解決方法及措施

        由上述可知,滾動密封圈密封不嚴(yán)的主要原因是環(huán)境溫度過低,膠料出現(xiàn)結(jié)晶,產(chǎn)品硬度較大,動壓板壓緊力不夠?qū)е旅芊獠粐?yán),選擇高抗結(jié)晶性能的氯丁橡膠為產(chǎn)品膠料的配方。

        氯丁橡膠DCR114和DCR213的主體基本原材料與氯丁橡膠CR232一樣,均為氯丁二烯,但由于其分子鏈結(jié)構(gòu)不同,致使其抗結(jié)晶能力有所差異。氯丁橡膠DCR114和DCR213通過引入2,3—二氯丁二烯為第二單體與氯丁二烯共聚,改變了氯丁橡膠分子鏈的規(guī)整性,分子鏈結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜,取代基的空間位阻加大,使得合成的氯丁橡膠具有優(yōu)良的抗結(jié)晶性,膠料在低溫的環(huán)境下不易變硬,同時(shí)也保持了氯丁橡膠固有的優(yōu)良綜合性能。3種氯丁橡膠的主要性能見表1。

        表1 3種氯丁膠的基本性能

        經(jīng)討論分析認(rèn)為,膠料配方采用氯丁橡膠DCR114與DCR213并用(75/25)為產(chǎn)品膠料的主體材料后,可以提高膠料的抗結(jié)晶性能。改進(jìn)膠料與原膠料抗結(jié)晶性硬度變化情況見表2。

        表2的對比結(jié)果表明:①改進(jìn)膠料的抗結(jié)晶性能大大提高,在-20℃~60℃之間,硬度變化為15°(邵爾A),硬度最高65°(邵爾A),原膠料在-20℃~60℃之間,硬度變化為44°(邵爾A),硬度最高95°(邵爾A),改進(jìn)膠料配方比原膠料的抗結(jié)晶性能有較大改善,產(chǎn)品硬度下降明顯,可以滿足使用要求。

        5 結(jié)束語

        針對水下振源體在工作過程中出現(xiàn)漏水問題,采用氯丁橡膠DCR114與DCR213并用(75/25)代替原氯丁橡膠CR232,改進(jìn)膠料材料比原膠料的抗結(jié)晶性能有較大改善,產(chǎn)品硬度明顯下降,該方法可以應(yīng)用于氯丁橡膠密封圈的設(shè)計(jì)中,更好地提高了氯丁橡膠密封件的環(huán)境適應(yīng)性。

        表2 改進(jìn)膠料與原膠料抗結(jié)晶性硬度變化

        [1]江畹蘭.改善氯丁橡膠低溫性能的配方之優(yōu)化[J].世界橡膠工業(yè),2001(4):14-17.

        [2]李吉剛.鐵道車輛空氣彈簧及膠料自然氣候老化試驗(yàn)研究[J].試驗(yàn)研究,2010(2):13-17.

        [3]魏元生.氯丁橡膠的改性研究[D].武漢:武漢工程大學(xué),2009:10-30.

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