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均匀压缩的橡胶硫化胶在压力下的膨胀

时间:2019-11-01369 次浏览

信息摘要:计算密封胶件配合位置是根据橡胶自由状态下重量或者体积的膨胀数据进行的,然而在工作条件下橡胶件却承受着各种应力和压力的影响。

为了保证橡胶密封件使用寿命长和稳定性好,必须在结构设计时考虑因胶件膨胀而出现橡胶的体积变化。到目前为止计算密封胶件配合位置是根据橡胶自由状态下重量或者体积的膨胀数据进行的,然而在工作条件下橡胶件却承受着各种应力和压力的影响。文献中发表

了一系列试验(1-5)和理论(6-8)研究报告的结果表明:聚合物的膨胀程度原则上依赖于它的变形大小和外压力。

研究了与各种不同的橡胶密封件接触的石油产品中,以及石油基的磯氢化合物中,外压对橡胶体积膨胀的影响。

以天然胶、丁苯胶(CKMC-10,CKC-30)和丁腈胶(CKH-18,CKH26,CKH-40)的硫化胶作为研究对象,应用石油基的碳氢系列化合物(从已烷到十六烷的石腊碳氢化合物、环已烷、苯、萘烷、α-甲萘)和石油产品——AMT-10油及1#煤油作代表性溶胀剂。

使橡胶膨胀的仪器上的主要部份是放试片的小槽,这个小槽的一壁是一个可移动的活塞。通过这个壁上砂眼,保证溶剂流向橡胶的通道。溶剂浸满活塞腔,这个活塞给样品固定的压力,在整个试验期间到样品达平衡膨胀以前压力和温度维持恒定,测定橡胶膨胀度是于25℃均向压缩条件下按以前叙述的方法〔9〕进行。压力大小在0~300kg/cm?的范围内变化,在整个试验中溶剂处在大气压下。

图1指出了硫化胶在所试验的碳氢化合物中其体积膨胀对压力的标准关系,纵座标轴上的点相当样品在自由状态于大气压下的更大膨胀值,当余压提高10-15kg/cm?,橡胶的体积膨胀值急速减小,当压力继续提高时,该值减小较慢,压力超过100kg/cm?时,曲线V(P)逐渐临近横座标轴,因此当无限地增加压力时,橡胶的膨胀过程将继续进行,但是当压力超过200kg/cm?橡胶的膨胀变得很小,实际上变得同整个试验的液体一样。这个现象说明了溶剂化学电势功能〔9〕的特点(对聚合物膨胀因素的热力学亲和性依赖于浓缩溶剂),这个化学电势数值当溶剂在聚合物中浓缩作用为零时力图达到无限大。

在图2中引用了硫化胶于所研究的碳氢化合物中在同样压力下体积膨胀的相似数据,虽然于自由状态下橡胶在芳香族碳氢化合物中的膨胀比在石腊中的大得多,但是当压力增加时这种差异就减小。如果在自由状态下丁腈-18硫化胶于芳香族和石腊碳氢化合物中膨胀值之间的差是300%值,那么在压力100kg/cm?下它只不过等于10%值。

由图3的数据看出:在高压下聚合物和溶剂的性质对硫化胶的体积膨胀数值影响较小,耐油生胶和不耐油生胶其硫化胶于100kg/cm?下体积膨胀之间的值之差不大(10-15%),与此同时样品在自由状态下相差的值将达到300%。

基于对整个研究的硫化胶系统所获得的试验数据一膨胀因素,计算橡胶在压力下体积膨胀的相对变化值:

橡胶膨胀

橡胶膨胀

橡胶膨胀

由表1的数据看出:非极性聚合物橡胶体积膨胀的相对变化在同样压力下实际上不依赖于溶胀剂的性质,而在极性聚合物橡胶的场合它随着碳氢化合物对聚合物亲和性的降低而变小。

橡胶膨胀

随着聚合物内聚能E0的增加Kp值在芳香族以及石腊碳氢化合物中都减小(表2),试验结果可以预测橡胶在石油基碳氢化合物中于压力下体积膨胀的相对变化。

体积膨胀变化

体积膨胀变化

由图4的数据看出,各种生胶的硫化胶在石油产品中,特别是在AMF-10油中,其体积膨胀与压力的关系具有它们在单一的碳氢化合物中膨胀时所具有的特点,随着聚合物内聚能的增加橡胶在AMF-10油中于压力下的体积膨胀的相对变化减小。如果说非极性橡胶Kp值很少依赖于碳氢化合物的类型(见表1),那么它在石油基碳氢混合物中的膨胀不应该发生变化。实际上,天然胶的硫化胶系统和AMF-10油或者和煤油的Kp值即是在单一烃中的值。对于极性丁腈橡胶来说这个值比在石腊碳氢化合物中膨胀时大,却比应用芳香族碳氢化合物时小(表3)。

体积膨胀与压力的关系

利用任何种石油产品的Kp值都不可能比橡胶在芳香族碳氢化合物中膨胀时的大,并且,比它在石腊碳氢化合物中膨胀时的小。因此对极性生胶的硫化胶——石油产品系统(见表3)引用Kp值的意义是极重要的。

橡胶在自由状态时的平衡膨胀愈高它在压力下均匀压缩时的体积膨胀减小的程度愈小。无限增加压力时,橡胶的膨胀不会终止,但是压力大于200kg/cm?时,橡胶的膨胀变得很小,而在所硏究的各种液体中实际上都变得一样,在石油产品中和单一碳氢化合物中体积膨胀的变化特别是相似的。


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