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泰州科德橡胶机械-密炼机:如何设计液压气动用密封橡胶材料

发布时间:2018-12-25 20:57:00 点击:    编辑:澳门棋牌娱乐游戏平台

1、 耐油及耐化学品性能

泰州科德橡胶机械-澳门游戏平台注册网站厂家2018年12月25日讯  许多合成橡胶遇油会发生膨胀,或因工作油液中所含的添加剂作用而加速恶化。结果材料在某种介质中膨胀太大,或性能明显劣化,则说明这两种物质不相容。所以液压气动用密封材料选用时,首先要考虑材料与密封介质是否相容。液压用密封要考虑对工作介质的适应性;气动用密封也要考虑对润滑剂的耐受性能。膨胀是指材料遇油后体积发生变化的现象。橡胶的膨胀性能用膨胀率表示,膨胀率是橡胶浸泡前后的体积变化率。材料膨胀后,密封尺寸关系发生较大的变化,加剧摩擦、磨损,并且强度明显降低。

      除膨胀之外,油液对橡胶的硬度、抗张力、伸长率和残余变形的物理、力学性能均有显著的影响,使橡胶软化、收缩和分解,橡胶性能劣化。这是因为,为了改善橡胶性能,一般都在橡胶中加入增塑剂,橡胶与油液会吸取橡胶中的增塑剂,随着橡胶中的增塑剂逐渐被溶解,液体侵入,结果橡胶体积、重量改变,硬度、弹性降低测定膨胀是考察相容性的一项基本实验。如果不考虑劣化,对材料的膨胀,用作动密封不能超过15%~20%,静密封不超过 50%,垫片可接受 100%的材料膨胀率。密封件使用中的实际体积变化比膨胀值要小的多,因为要被压缩变形抵消一部分。

        橡胶的膨胀是各种化学品分子进入橡胶聚合物分子之间,产生无规则的分散作用力,使构成橡胶弹性的网状分子结构发生变化的结果。如果橡胶中的可溶性分子在介质中杂乱无章运动,则橡胶可能发生收缩,也会对密封造成不利的影响。一般来说,性质相似的物质,这种相互混合的现象容易发生。例如天然橡胶是碳氢化合物,很容易溶解到同是碳氢化合物的矿物油中去。引用溶解度参数 SP值,可以衡量这种溶解程度。 SP值定义为,物质每一摩尔的蒸发热对其体积比值的平方根,即:

SP值=(每摩尔蒸发热 / 每一摩尔体积) 1/2

2、 机械、力学性质

       液压气动用密封材料要求弹性好、能拉伸、耐高压、耐磨、摩擦系数底,这些都可用材料的力学性质反映,都与材料的机械强度有关。机械强度的测定比较容易,也是其他材料性能实验的基础。

      所以被作为最基本的材料性能指标。合成橡胶和塑料的力学性能,一般要考虑硬度、抗张强度、耐磨性、弹性、伸长量等指标。

1)硬度

硬度指材料表面抵抗塑性变形或破裂的能力;同时硬度与强度有某种近似关系,硬度底的材料表现出受力变形的柔顺性。硬度是密封材料的重要指标,橡胶材料的硬度通常以绍氏硬度( HS)表示。

      液压用密封材料,必须承受油压力,高压力可使材料过度变形,甚至从密封间隙中挤出而破坏密封性能。因此材料需要有一定的硬度,以抵抗这一破坏。硬度越高耐压能力越强。橡胶材料用作密封材料是因为它比金属“软”,因此具有柔顺性,在粗糙密封面上变形,顺应表面形状,达到密封目的。因此硬度低对提高密封性具有有利的影响。在动密封中,材料硬度对运动性能也有直接的影响,并且较为复杂,不同的密封型式,硬度以不同方式影响运动性能。一般来说,硬度低动摩擦却有相反的作用。耐磨性与硬度有关,硬度高耐

磨性强。

2)扩张强度与伸长率

     强度和拉伸强度反映材料抵抗变形的能力,密封件的密封性与此有密切关系。而且拉伸强度与伸长率直接影响密封件的安装性能。

        扩张强度以断裂时的拉应力表示,橡胶材料的拉应力值,通常取伸长 100%时的应力值,这是因为橡胶材料的应力—应变曲线不服从虎克定律,所以用 100%伸长时的值代替弹性率。聚四氟乙烯的塑料材料存在屈服点,所以拉伸强度用屈服点以内的拉应力测定。拉伸强度和伸长率与耐压性没有太大的关系,只是抗拉强度低于 7MPa 的材料,不适用于动密封。作为寿命的一个测定指标,

      抗张强度低,容易产生应力松弛和永久变形,造成密封失效。伸长率是材料刚性的倒数指标,用材料的拉伸量与自然状态下长度之比的百分数表示。材料的允许伸长率,是指在不发生永久性损坏或永久变形的前提下,可以施加的最大伸长率。允许伸长率影响密封件的安装性能。

3)弹性

     密封材料的弹性对于密封件的密封性极为重要。由于弹性使材料受压后产生一个回弹力,挤压型密封如 O 形圈就是靠密封材料的回弹力获得初始密封压紧力;唇形密封件如 Y形圈,虽然有利于流体压力的自密封性,理论上压缩变形即使为零,在油压力下也能密封。但如果密封偶件有偏心,低压时就有可能产生泄漏,这时依靠材料的弹性可以补偿这一偏心造成的密封接触应力不足。

      弹性可以用回弹力来度量,在同样的变形率下,弹性大回弹力就大。弹性随温度就较大变化,同一材料在不同的温度下的弹性不同。许多橡胶在温度为 -20~20℃时弹性出现最小值,而某些橡胶在很宽的温度范围内弹性变化不大。

    合成橡胶材料的弹性在国外有标准测试方法,如日本的 JISK6255标准的反弹法弹性测试。这一实验是从一定距离处让一可作振荡运动的铁棒自由落下,打击一圆柱形固定试件。以被试件反弹高度反映弹性。然而由于这一实验未反映合成橡胶材料的粘性的影响,所以难以与密封件密封性建立直接关系。

     日本 JISK6394标准中的正弦波振动动态特性实验方法是,给试件施以正弦波振动,测定振动时其扰度波形的延迟量,用相位角 δ,作为弹性指标, tanδ值实际是损失弹性率与贮存率的比值。tanδ值在 0~1之间,该值越小,弹性指标越大。

4)永久变形

    密封件是因其在密封槽中有一定的压缩变形,靠变形回复力而获得密封能力的。由于密封用的合成橡胶是粘弹性材料,长时间受压会有不可回复的永久变形。初期设定的回弹压紧力经长时间的使用后,会因其产生永久变形而逐渐丧失,最终出现泄漏,所以材料的耐压缩永久变形性能,是衡量密封寿命的指标。橡胶、塑料类高分子材料的永久变形不仅与受压力大小有关,还与变形量、变形时间有关。长时间的变形难以回复,并且变形后的回复是缓慢完成的。

     无论什么材料,其永久变形都或多或少与温度有关,一般在室温附近压缩永久变形最小,低温和高温部永久变形增加。与以下要先容的橡胶冷、热硬化现象一样,压缩永久变形在低温下增加和高温下增加的机理不同。低温压缩永久变形增加,是因为在低温下压缩时,因分子冻结,运动缓慢,短时间内变形残存。一旦恢复室温,将恢复室温时变形值。所以低温下的残存变形是一种可逆变形。与此相反,室温至高温温度段的压缩永久变形是在压缩状态下伴有化学变化的结果,所以即使在室温下长时间放置,也几乎不会有变形回复,是一种不可逆变形。使用中的材料的压缩量一般不超过 30%;安装后的拉伸量一般不超过 5%。负责产生永久变形,密封失效。

    测量压缩永久变形比较简单,可取标准厚度如 12.5mm 的圆柱作为试件,实用中也可用与实际制品厚度相近的 O 形圈作为试件。考虑压缩永久变形的时间效应,测试低温压缩永久变形,在测试温度下压缩一定时间,在原温度下释压,放置 30min 后,在实验温度下测定试件厚度。测试高温下压缩永久变形,在压缩状态下和实验温度中保持一定时间,试压后在室温下放置 30min,在空温下测量试件厚度。

5)耐磨性

     对于动密封而言,耐磨性也是材料寿命的指标。材料的耐磨性一般用磨损实验来考察,即用一定时间的磨损量来衡量。实际的磨损是一个复杂的过程,受润滑状态、密封表面的粗糙度、介质工作压力、载荷、滑动距离、运动速度以及温度等使用条件的影响很大。而从材料本身的因素看,材料的耐磨性与硬度关系密切,材料越硬,越耐磨,此外还与抗张强度有关,可表示为以下关系式:

V=k( μwL)(HSTBEB)

其中式中 V——磨损量;

μ——常数;

k——摩擦系数;

w——载荷;

L ——滑动距离;

HS——材料硬度;

TB——材料扩张强度;

EB——材料拉伸量。

6)摩擦系数

     动密封低速运动时,摩擦阻力是引起运动不平稳的主要原因,对元件和系统性能造成了不良影响,所以对密封来说,摩擦性能是重要的性能之一,摩擦系数是摩擦性能的一个评价指标。

       合成橡胶的摩擦系数较大,但对于液压密封用合成橡胶来说,单独考察材料摩擦系数没有太大意义,这是因为密封在运动状态时,通常处于工作油液或润滑剂参与的混合润滑状态。润滑条件对摩擦系数有很大的影响,如 NBR 的动摩擦系数,依测定条件可在 0.5~3之间变化。气动元件工作中润滑条件差一些,无供油气缸只在安装时涂以润滑脂,使用中不另外供给润滑剂,对于这类密封,材料的摩擦系数需慎重选择。合成橡胶的硬度与摩擦系数有关,硬度越高摩擦系数越低;合成树脂摩擦系数一般低于橡胶;摩擦系数最小的是聚四氟乙烯,无润滑摩擦系数达 0.04。除此之外摩擦系数还与表面状态、接触应力、运动速度等许多因素有关,十分复杂。

    直接测定摩擦系数比较困难,一般实验方法是测量某一标准状态下的摩擦力。静摩擦力受前述各种因素的影响,测量误差较大,测量值只能作为参考;与之相比,动摩擦力能获得较稳定的、有重复性的测量值。实用中摩擦力主要影响最低启动压力,所以常以最低启动压力作为摩擦特性的指标。

7)弯曲疲劳强度

      合成橡胶的耐疲劳强度较强,但使用时也不能完全忽视疲劳破坏。运动用密封,特别是有震动的场合,密封件形状反复改变,要注意密封件的疲劳损坏。对摩擦力影响较为敏感的气动密封中,为了降低摩擦阻力,多将密封件制成易于变形的形状,这样,如果润滑状况恶化,密封件就会反复变形,出现疲劳。所以,这种情况下,掌握材料的弯曲疲劳度很重要。弯曲强度可用断裂实验测试。方法是对试件施以反复的弯曲变形,记录发生断裂时的弯曲次数和断裂扩展速度,用以反映弯曲强度。


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