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常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程名稱：橡膠配方與設(shè)計 項(xiàng)目名稱：耐油密封圈膠料的配方設(shè)計 系 部：材料工程技術(shù)系 班 級：高材1211（橡膠） 姓 名：史晨煒 學(xué) 號：2012110730 耐油密封圈膠料的配方設(shè)計 情景描述： 某密封制品廠生產(chǎn)耐油密封圈，需設(shè)計耐油密封圈的配方，各項(xiàng)目組根據(jù)耐油密圈的使用環(huán)境和要求設(shè)計膠料配方，以便使該耐油密封圈順利投產(chǎn)，滿足用戶要求。 任務(wù)一 耐油密封圈的工作環(huán)境和使用條件分析 任務(wù)二 耐油密封圈膠料性能指標(biāo)和檢測項(xiàng)目確定 任務(wù)三 耐油密封圈膠料的配合劑選擇 任務(wù)四 耐油密封圈膠料的配方設(shè)計實(shí)踐 任務(wù)五 實(shí)訓(xùn)報告撰寫 任務(wù)六 實(shí)訓(xùn)報告總結(jié)交流評價 密封圈主要用來訪友、防水、防腐、密封氣體、防止泄露。橡膠密封圈制品品種繁多，最常用的有旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈、O形橡膠密封圈、各種斷面密封圈、隔膜、閥墊、密封墊圈和密封膠條等，按使用狀態(tài)也可分為靜態(tài)密封件、動態(tài)密封件和高真空密封件三種。 橡膠密封圈廣泛應(yīng)用于： (1)：o型橡膠密封圈廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，耐各類石油基油及多種化學(xué)介質(zhì) (2)：Y型密封圈廣泛應(yīng)用于液壓、機(jī)械、氣動等行業(yè)。 (3)：應(yīng)用于衛(wèi)浴設(shè)備，汽車散熱器，汽車剎車系統(tǒng)，汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，洗滌機(jī)械，家用電器，電熨斗，微波爐等方面。 任務(wù)一耐油密封圈的工作環(huán)境和使用條件分析 1. 密封圈是解決液壓系統(tǒng)泄露問題最重要、最有效的手段。液壓系統(tǒng)如果密封不良，可能出現(xiàn)不允許的外泄露，外漏的油液將會污染環(huán)境；還可能使空氣進(jìn)入吸油腔，影響液壓泵的工作性能和液壓執(zhí)行組件運(yùn)動的平穩(wěn)性。因此合理的選用和設(shè)計密封圈裝置在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中十分重要。對密封圈裝置的要求如下： （1）在工作壓力和一定溫度范圍內(nèi)，應(yīng)具有良好的密封性能，并隨壓力的提高能自動提高密封性能。 （2）密封裝置和運(yùn)動件之間的摩擦力要小，耐磨系數(shù)要穩(wěn)定。 （3）抗腐蝕能力強(qiáng)，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后能自動補(bǔ)償。 （4）結(jié)構(gòu)簡單，使用，維護(hù)方便，價格低廉。 2. 所謂橡膠的耐油性是指： 包括油類和各種溶劑在內(nèi)的廣義的耐油性，實(shí)質(zhì)上是高聚物耐有機(jī)溶劑的溶脹的能力。其大小是將試樣在一定條件下浸漬在油類或溶劑中，經(jīng)一定時間后其重量變化率和機(jī)械性能的變化來衡量。 一般用于機(jī)械密封作用的膠料要具有良好的彈性和較低的壓縮永久變形，滿足不同制品使用條件的特殊性能要求，作為動態(tài)密封，還要求膠料具有一定的拉伸強(qiáng)度，較好的耐磨性、耐撕裂性能。 任務(wù)二耐油密封圈膠料性能指標(biāo)和檢測項(xiàng)目確定 表1 耐油密封圈膠料性能指標(biāo)和試驗(yàn)項(xiàng)目 項(xiàng)目 性能指標(biāo) 邵氏硬度/度 拉伸強(qiáng)度/MPa 拉伸伸長率/% 浸油前后成品膠性能變化 邵氏硬度變化 拉伸強(qiáng)度變化率/% 拉伸伸長率變化率/% 體積變化率/% 765 ≥10 ＜350 -3~1 -15%~0 -15%~5% 0~+1.00% 可以參考以上產(chǎn)品性能確定該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的性能指標(biāo)，也可以另行確定性能指標(biāo)，并且確定需要檢測的試驗(yàn)項(xiàng)目 項(xiàng)目 性能指標(biāo) 質(zhì)量變化率/% GB/T1690-2010 抽出可溶物質(zhì) GB/T1690-2010 任務(wù)三耐油密封圈膠料膠料的配合劑選擇 1. 生膠體系 橡膠的耐油性取決于橡膠和油類的極性。橡膠分子中含有極性基團(tuán)，如氰基，酯基，羥基，氯原子等，會使橡膠表現(xiàn)出極性。極性大的橡膠和非極性的石油系類接觸時，兩者的極性相差較大，從高聚物溶劑選擇原則可知，此時橡膠不易溶脹。 常見的極性橡膠有哪些？ NBR； CR ；ACM ；CO；FPM 你選擇的生膠體系是什么？該橡膠具有什么特點(diǎn)？ 根據(jù)工作介質(zhì)為燃油，液壓油，機(jī)油等，工作溫度在150攝氏度以下時選用丁腈橡膠 丁腈橡膠具有優(yōu)良的耐油性，其耐油性僅次于聚硫橡膠和氟橡膠，并且具有的耐磨性和氣密性。 丁腈橡膠的性能受丙烯腈含量影響，隨著丙烯腈含量增加，拉伸強(qiáng)度、耐熱性、耐油性、氣密性、硬度提高，但彈性、耐寒性降低。丁腈橡膠耐臭氧性能和電絕緣性能不佳。耐水性較好。 2. 硫化體系 總的來說，提高交聯(lián)密度可以改善硫化膠的耐油性，因?yàn)殡S交聯(lián)密度增加，橡膠分子間作用力增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中自由體積減小，具有油類難以擴(kuò)散的優(yōu)點(diǎn)。 采用有機(jī)過氧化物，如DCP，DBP硫化的丁腈橡膠具有永久壓縮變形，耐油耐低溫性能好，不易焦燒，可采用DCP—硫磺/促進(jìn)劑的復(fù)合硫化體系，常用的促進(jìn)劑有：DM，CZ，TMTD 3. 補(bǔ)強(qiáng)體系和填充體系 一般降低膠料中的體積分?jǐn)?shù)可以提高耐油性，所以增加調(diào)料用量有助于提高耐油性。通?；钚栽礁叩奶畛鋭ㄈ缣亢诤桶滋亢冢┡c橡膠之間產(chǎn)生的結(jié)合力越強(qiáng)，硫化膠的體積溶脹越小。 密封圈的硬度一般由工作壓力來確定，工作壓力高，硬度也高 4. 防護(hù)體系 耐油橡膠經(jīng)常在溫度較高的熱油中使用，有些制品在熱油和熱空氣兩者兼有的條件下工作。礦物油中溶有空氣的體積分?jǐn)?shù)為10%,汽油中溶有20%~25%，煤油中溶有13%~17%，因此熱氧老化問題必須考慮，耐油橡膠中的防老劑在油中的穩(wěn)定性至關(guān)重要。 防老劑4010NA 防老劑RD 任務(wù)四耐油密封圈膠料膠料的配方設(shè)計實(shí)踐 表2 耐油密封圈膠料的配方擬定 原材料組分 質(zhì)量份 用途 NBR 70 生膠 陶土 15 填充劑 氧化鋅 5 活性劑 硬脂酸 1 活性劑 硫磺 2 硫化劑 炭黑N330 50 補(bǔ)強(qiáng)劑 促進(jìn)劑DM 1.5 促進(jìn)劑 促進(jìn)劑TMTD 1.5 促進(jìn)劑 DBP 15 增塑劑 防老劑4010NA 1.5 防老劑 防老劑RD 1.5 防老劑 輕質(zhì)碳酸鈣 10 填充劑 合計 174 表3 橡膠密度計算 原材料名稱 基本配方(mi) 密度ρi(g/cm3) Vi(mi/ρi) NBR 70 0.98 71.43 陶土 15 2.50 6 氧化鋅 5 5.60 0.89 硬脂酸 1 0.90 1.11 硫磺 2 1.96 1.02 炭黑N330 40 2.6 15.38 促進(jìn)劑DM 1.5 1.16 1.29 促進(jìn)劑TMTD 1.5 1.43 1.05 DBP 15 1.0465 14.33 防老劑4010NA 1.5 1.14 1.32 防老劑RD 1.5 1.18 1.27 輕質(zhì)碳酸鈣 10 2.50 4 合計 174 表4 配方成本計算 序號 原材料名稱 配比（mi) 單價（pi）（元/kg） mi pi 密度（ρi） Vi(mi/ρi) 1 NBR 70 21 1470 0.98 71.43 2 陶土 15 0.4 6 2.50 6 3 氧化鋅 5 12 60 5.60 0.89 4 硬脂酸 1 7.8 7.8 0.90 1.11 5 硫磺 2 1.1 2.2 1.96 1.02 6 炭黑N330 40 7.5 300 2.6 15.38 7 促進(jìn)劑DM 1.5 14 21 1.16 1.29 8 促進(jìn)劑TMTD 1.5 15 22.5 1.43 1.05 9 DBP 15 10 150 1.0465 14.33 10 防老劑4010NA 1.5 16.8 25.2 1.14 1.32 11 防老劑RD 1.5 13.2 19.8 1.18 1.27 12 輕質(zhì)碳酸鈣 10 0.48 4.8 2.50 4 合計 174 2089.3 119.09 膠料密度為： ρ=mi /Vi=1.46 單位質(zhì)量膠料成本為： Pm = ∑mi pi /mi=12.01 單位體積膠料成本為： Pv = ρ Pm=17.53 表5 擬定配方的成本計算 序號 原材料名稱 配比（mi) 單價（pi）（元/kg） mi pi 密度（ρi） Vi(mi/ρi) 1 NBR 70 21 1470 0.98 71.43 2 陶土 15 0.4 6 2.50 6 3 氧化鋅 5 12 60 5.60 0.89 4 硬脂酸 1 7.8 7.8 0.90 1.11 5 硫磺 2 1.1 2.2 1.96 1.02 6 炭黑N330 40 7.5 300 2.6 15.38 7 促進(jìn)劑DM 1.5 14 21 1.16 1.29 8 促進(jìn)劑TMTD 1.5 15 22.5 1.43 1.05 9 DBP 15 10 150 1.0465 14.33 10 防老劑4010NA 1.5 16.8 25.2 1.14 1.32 11 防老劑RD 1.5 13.2 19.8 1.18 1.27 12 輕質(zhì)碳酸鈣 10 0.48 4.8 2.50 4 13 合計 174 2089.3 119.09 14 配方含膠率 40.23% 膠料密度 1.46 單位質(zhì)量膠料成本 12.01 單位體積膠料成本 17.53 耐油性能測試 測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1690-2012 硫化膠耐油性能測試包括如下5個方面： （1）浸泡后的體積、質(zhì)量的變化試驗(yàn)。 （2）浸泡后的拉伸性能的變化試驗(yàn)。 （3）浸泡后的硬度試驗(yàn)。 （4）浸泡后的尺寸變化的測定。 （5）浸泡后的抽出可溶物質(zhì)的測定 邵爾硬度測定（步驟） （1）整理設(shè)備儀器、環(huán)境，準(zhǔn)備相關(guān)工具。 （2）試驗(yàn)前檢查硬度計指針是否指于零點(diǎn)，并檢查壓針亞于玻璃面上。 （3）將試樣置于硬度中玻璃面上，用定負(fù)荷架輔助測定試樣的硬度。 （4）試樣上的點(diǎn)只準(zhǔn)測量一次硬度，點(diǎn)與點(diǎn)距離不少于6mm，點(diǎn)與邊距不少于12mm。 （5）每個試樣的測量點(diǎn)不少于5個，取中值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，精確到整數(shù)。 （6）試驗(yàn)結(jié)束后，清理現(xiàn)場并做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)使用記錄。 阿克隆磨耗測定（步驟） （1）檢查儀器是否處于正常狀態(tài)，整理設(shè)備儀器、環(huán)境，準(zhǔn)備相關(guān)工具。 （2）接電：將電機(jī)插頭，電源線插頭及光電插頭插入電子計數(shù)器后面的插座中。 （3）角度調(diào)節(jié)：松開鎖緊螺帽，旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)手輪使指針在所需的傾角，然后鎖緊螺母固定絲桿。 （4）裝樣：將粘好試樣的膠輪固定在膠輪軸上，將砝碼置于砂輪支架上。 （5）預(yù)磨：接通電子計數(shù)器電源及開關(guān)，調(diào)節(jié)預(yù)置數(shù)按鍵600轉(zhuǎn)后，按下啟動按鈕開始預(yù)磨，使膠輪按順時間方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)計數(shù)到預(yù)定值時，按下解除，清零鍵，取下膠輪，用天平稱量準(zhǔn)確至0.001g。 （6）磨耗：將預(yù)磨后的膠輪固定于膠輪軸上，調(diào)節(jié)預(yù)置數(shù)鍵至3416轉(zhuǎn)（1.16km）后，再進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)完后取下試樣，刷去膠屑，在1h內(nèi)稱量準(zhǔn)確到0.001g （7）試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)機(jī)，關(guān)電等，清理現(xiàn)場并做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)使用記錄。 表6 斜交輕型載重輪胎胎冠膠料的調(diào)整后配方 原材料組分 質(zhì)量份 NBR 65 PVC 35 氧化鋅 5 SA 1 硫磺 2 半補(bǔ)強(qiáng)白炭黑 40 促進(jìn)劑DM 1 促進(jìn)劑TT 1 CdS 1 HVA 1 DBP 15 DNP 2 NA4010 1 二甘醇 2 任務(wù)六 實(shí)訓(xùn)報告總結(jié)交流評價（指出存在的問題和改進(jìn)方法）