橡膠材料及其應(yīng)用

橡膠密封材料及應(yīng)用一、概述橡膠是一種在外力作用下能產(chǎn)生變形，外力取消后又可復(fù)原的高彈性材料，因此，是一種主要密封結(jié)構(gòu)材料。橡膠密封墊最早是由天然橡膠制造的，因其彈性高，組織致密、質(zhì)地柔軟，變形可逆，易剪切成各種形狀而被廣泛應(yīng)用。但其耐高溫，耐礦物油及耐腐蝕性差，故不能作為某些特殊用途的密封材料。近年來(lái)，合成橡膠的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)彌補(bǔ)了天然橡膠的不足。作密封制品使用的常有丁月青橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、順丁橡膠、硅橡膠及氟橡膠等。二、天然橡膠(NR)天然橡膠是以異戊二烯為主體不飽和的天然高分子化合物。硫化后的天然橡膠彈性高，機(jī)械強(qiáng)度大，耐彎曲，耐撕裂，耐沖擊，抗透氣性好，變形生熱低，可用作減震制品和輪胎制品。天然橡膠是非極性橡膠.耐某些極性溶劑，對(duì)堿和稀酸也有較好的耐蝕性，但不耐非極性溶劑，耐油性很差，也不耐濃的強(qiáng)酸的作用。天然橡膠在氧和臭氧作用下易老化，故很少用天然橡膠作密封件。三、合成橡膠聚異戊二烯橡膠(IR)聚異戊二烯橡膠是以異戊二稀為單體經(jīng)溶液聚合而成的彈性體。它具有良好的彈性，耐熱性，耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的高溫物理機(jī)械性能。低溫?fù)锨詢?yōu)于天然橡膠，耐老化性能與天然橡膠近似，電性能，耐水性能優(yōu)良，耐臭氧，耐溫性能較好。常用作填料密封材料。順丁橡膠(BR)順丁橡膠是以丁二烯為原料聚合而成的一種通用合成橡膠。高順丁橡膠的彈性優(yōu)于天然橡膠，丁苯橡膠，聚異戊二烯橡膠，乙丙橡膠，是制作密封制品的良好材料。此外，高順丁橡膠的低溫性能也很好，玻璃化溫度低至-105°C，是制作低寒地區(qū)密封制品的優(yōu)良材料。這種橡膠的耐磨性，耐曲撓性好，滯后損失和生熱小，這對(duì)承受多次變形的密封制品具有重要意義。該膠對(duì)濃堿溶液，稀鹽酸，醇有較好的穩(wěn)定性，但耐油性能不佳。丁苯橡膠丁苯橡膠是丁二烯與苯乙烯的共聚體，其耐熱性，耐磨性，耐老化性能優(yōu)于天然橡膠，耐低溫、耐撕裂性能、回彈性不如天然橡膠。由于其耐油性、耐汽油性能不良，故不宜作耐油密封制品。但其對(duì)濃堿溶液，稀鹽酸，乙醇及水則有較好的穩(wěn)定性。丁青橡膠(NBR)丁青橡膠是丁二烯與丙烯青的共聚物，具有優(yōu)異的耐油性能，在現(xiàn)有的膠種中，其耐油性僅次于聚硫橡膠，聚丙烯酸酯橡膠及氟橡膠，它還具有作為密封材料所需要的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，廣泛用于各種動(dòng)、靜密封中。丁青橡膠與聚氯乙烯并用，可以進(jìn)一步提高它的耐臭氧性，耐磨性，阻燃性。與三元乙丙橡膠并用也可提高它的耐臭氧性及低溫彎曲性能。丁青橡膠的耐油性及低溫性能與丙烯青含量有很大關(guān)系，選材時(shí)應(yīng)加注意.氯丁橡膠氯丁橡膠是一種極性僅次于丁青橡膠的自補(bǔ)強(qiáng)型彈性體，物理機(jī)械性能類似天然橡膠，耐老化性，耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)于天然橡膠，是通用橡膠中最好的一種。耐油性能僅次于天然橡膠而優(yōu)于其它通用橡膠。除芳烴及氯化烴油類之外，在其它溶劑中都很穩(wěn)定。這種膠耐無(wú)機(jī)酸及堿的腐蝕。且是難燃性橡膠。乙丙橡膠(EPM，EPDM)乙丙橡膠是乙烯與丙烯的共聚物，耐臭氧、耐候性，耐熱老化性能十分優(yōu)異。電絕緣性能、耐電暈性能十分突出。特別對(duì)高壓水蒸汽有優(yōu)良的耐蝕性，因此，可作為高壓水蒸汽裝置的墊片。乙丙橡膠對(duì)各種極性化學(xué)藥品，乙醇、酮，酯以及酸堿，磷酸酯工作油也有較好的穩(wěn)定性。乙丙橡膠價(jià)格便宜，除用作耐化學(xué)藥品，耐酸堿的密封制品外，還可用作窗戶密封條，屋頂膠板等。丁基橡膠(IIR)丁基膠是由異丁烯和異戊二烯共聚而成的。最突出的特性是透氣性小，是氣密性最好的橡膠，可用于真空密封。丁基橡膠耐候性，電性能，減震性能優(yōu)異，耐臭氧性能比天然橡膠好10倍以上。耐稀及中等濃度硫酸及硝酸的腐蝕，耐堿及極性溶劑，故適用于制作化工設(shè)備的襯里和密封。但耐脂肪族溶劑性能較差。丁基橡膠廣泛用于制造耐熱，耐老化，耐水的密封墊片，制造耐酸、耐堿，耐化學(xué)腐蝕的化工容器襯里，此外還用于密封動(dòng)植物油、液氨的材料。聚氨酯橡膠(AU)聚氨酯橡膠有聚酯型及聚醚型兩種，具有寶貴的綜合物理機(jī)械性能。耐磨性能尤為突出，是丁苯橡膠的1?3倍，天然橡膠的4倍。此外，抗撕裂、抗壓、耐油、耐氧及臭氧性能也很好。聚氨酯橡膠是密封制品的理想材料，對(duì)大多數(shù)溶劑的耐蝕性優(yōu)于丁月青橡膠，但耐水性差，滯后損失大。聚硫橡膠聚硫橡膠具有優(yōu)異的耐溶劑性，耐大氣，氧，臭氧及耐油性能良好，透氣性低。液態(tài)聚硫橡膠是目前應(yīng)用廣泛，密封性能優(yōu)異的密封材料，還可作為電子工業(yè)的密封涂層和化工容器的襯里。但耐熱性一般，最高使用溫度為130°C。氯醇橡膠(CHR.CHC)氯醇橡膠是飽和的強(qiáng)極性橡膠，故具有良好的耐油、耐溶劑，耐熱、耐臭氧性及氣密性。因此，可作為油壓、水壓密封制品及容器襯里，還可制造軸密封、閥桿密封制品。丙烯酸酯橡膠丙烯酸酯橡膠耐礦物油，耐高溫，在各種油介質(zhì)中其最高使用溫度可達(dá)205C，耐油性能僅次于氟橡膠，耐熱性能介于通用橡膠與硅橡膠、氟橡膠之間，此外，還有良好的耐臭氧性，及氣密性。主要用于汽車工業(yè)活塞桿密封及變速箱密封以及回轉(zhuǎn)軸密封，也可用于耐高溫，耐臭氧，耐曲撓，耐日光老化、要求氣密性的密封制品。硅橡膠硅橡膠的使用溫度范圍寬(-100?+350C)，耐氧，臭氧老化，光老化及氣候老化性能優(yōu)異，電絕緣性好，透氣性高，生理隋性和防霉性能突出，特種硅橡膠還具有耐油、耐輻射、耐燃燒性能。硅橡膠的不足之處是強(qiáng)度低，耐酸堿性差，且價(jià)格高。硅橡膠應(yīng)用廣泛，可制成各種型式的密封制品。氟橡膠氟橡膠耐油及耐高溫性能優(yōu)良，可與硅橡膠媲美。氟橡膠的最大特點(diǎn)是高度耐腐蝕，它對(duì)有機(jī)液體(如各種油類、燃料、溶劑，液壓流體)、高濃度過(guò)氧化氫及其它強(qiáng)氧化劑的穩(wěn)定性優(yōu)于其它橡膠。國(guó)產(chǎn)氟橡膠分兩類，即23型及26型氟橡膠。23型氟橡膠耐強(qiáng)氧化性酸比26型氟橡膠好，但耐芳香族溶劑、含氯有機(jī)溶劑，燃料油，液壓油、脂類潤(rùn)滑油及沸水等較26型氟橡膠差。氟橡膠耐臭氧及耐老化性突出，長(zhǎng)期在臭氧及日光下工作不老化，不龜裂。氟橡膠有極好的耐高真空性能，抗壓縮變形性能較好，特別是26型氟橡膠，是制作密封圈，墊片類制品的良好橡膠材料。23型氟橡膠主要用作耐酸堿、耐強(qiáng)氧化劑的密封件，而26型氟橡膠主要用于耐高溫、耐油，耐高真空以及高溫油中耐輻射的密封制品，如密封圈、墊、骨架油封等。表1各種橡膠物理機(jī)械性能膠種天然橡膠聚異戊二烯橡膠順丁橡膠丁苯橡膠丁青橡膠氯丁橡膠乙丙橡膠項(xiàng)目(N-R)1仰1(BR)(SBR)(NBR)(CR)(EPR)

抗張強(qiáng)度(MPa)25?3520?3018?2515?2015?3025?2715?25伸長(zhǎng)率(%)650?900600?900450?800500?800300?800800?1000400?800最高使用溫度(°C)120120120120170150150常用溫度上限(°C)70?8070?8080?100120120150脆性溫度(C)-50?-70-50?-70-73-30?-60-10?-20-35?-42-40?-60耐沖擊性優(yōu)優(yōu)良優(yōu)可良良耐水性優(yōu)優(yōu)優(yōu)良?優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)抗蒸汽性良良良良良劣優(yōu)耐光性良良良?優(yōu)良?優(yōu)良優(yōu)優(yōu)耐老化良良良良可?良優(yōu)優(yōu)耐氧老化劣劣劣劣?可可良優(yōu)耐臭氧老化劣劣劣劣劣優(yōu)優(yōu)耐燃性劣劣劣劣劣?可良?優(yōu)劣著色穩(wěn)定性良?優(yōu)良?優(yōu)良?優(yōu)良?優(yōu)劣優(yōu)氣密性良良劣良良?優(yōu)良?優(yōu)良?優(yōu)耐輻射可?良可?良劣良可?良可?良劣表1各種橡膠物理機(jī)械性能膠種項(xiàng)目丁基橡膠(IIR)聚氨酯橡膠(AU)聚硫橡膠(T)氯醇橡膠(CHR)丙烯酸酯橡膠(ACM)硅橡膠(Si)氟橡膠(FPM)抗張強(qiáng)度(MPa)17?2120?359?1515?207?124?1020?22伸長(zhǎng)率(%)650?800300?800100?700350?400400?60050?500100?50最高使用溫度(C)17080130150175315315常用溫度上限(C)15080135170200200脆性溫度(C)-30?55-30?-60+10?-10-22?-380?30-70?-120-10?-5耐沖擊性良優(yōu)劣劣劣?可劣?可耐水性良?優(yōu)可可劣?可良優(yōu)抗蒸汽性優(yōu)劣劣良優(yōu)耐光性憂優(yōu)優(yōu)憂優(yōu)優(yōu)耐老化優(yōu)良優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)耐氧老化良良優(yōu)優(yōu)優(yōu)耐臭氧老化優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)憂耐燃性劣劣?可劣良?優(yōu)劣?可可?良優(yōu)著色穩(wěn)定性良?優(yōu)氣密性優(yōu)良優(yōu)優(yōu)良可優(yōu)耐輻射劣良可?良劣?良可?良可?良表2各種橡膠耐溶劑及耐化學(xué)介質(zhì)的性質(zhì)膠種項(xiàng)目天然橡膠(NR)聚異戊二烯橡膠(IR)順」橡膠(BR)丁苯橡膠(SBR)丁月青橡膠(NBR)氯丁(CR濃堿溶液適用適用適用適用適用適稀鹽酸適用適用適用適用適用適濃鹽酸受侵害受侵害不適用受侵害受侵害受侵號(hào)稀硫酸受嚴(yán)重侵害受嚴(yán)重侵害不適用受嚴(yán)重侵受侵害受侵號(hào)濃硫酸受嚴(yán)重侵害受嚴(yán)重侵害不適用害受嚴(yán)重侵受嚴(yán)亍濃硝酸不適用不適用不適用受嚴(yán)重侵害害氨水受侵害受侵害害不適用不適于液態(tài)氨受侵害受侵害不適用適用微?匚液態(tài)氯受嚴(yán)重侵害受嚴(yán)重侵害受侵害適用脹脂肪族溶劑顯著溶脹顯著溶脹不適用受侵害受嚴(yán)重侵微?匚芳香族溶劑顯著溶脹顯著溶脹不適用受嚴(yán)重侵害脹普通汽油顯著溶膿顯著溶脹微?中溶害適用受嚴(yán)亍煤油顯著溶脹顯著溶脹脹顯著溶脹微?中溶害柴油顯著溶脹顯著溶脹顯著溶脹顯著溶脹脹微?匚礦物油微?中溶脹微?中溶脹顯著溶脹顯著溶脹適用脹合成潤(rùn)滑油微?中溶脹微?中溶脹輕微溶脹顯著溶脹適用顯著手顯著溶脹顯著溶脹適用微?匚微?中溶適用脹脹適用顯著手微?中溶顯著手脹微溶月顯著手表2各種橡膠耐溶劑及耐化學(xué)介質(zhì)^性質(zhì)膠種項(xiàng)目丁基橡膠(IIR)聚氨酯橡膠<AU)聚硫橡膠(T)氯醇橡膠(CHR)丙烯酸酯橡膠(AcM)硅橡膠(Si)

濃堿溶液適用受侵害適用（70°C）適用可用輕微溶脹稀鹽酸適用不適用可用適用可用不適用濃鹽酸適用受嚴(yán)重侵害受侵害可用受侵害稀硫酸受侵害受嚴(yán)重侵害受侵害不適用受嚴(yán)重侵害濃硫酸受嚴(yán)重侵害受嚴(yán)重侵害受輕微侵害不適用受嚴(yán)重侵害濃硝酸不適用不適用受輕微侵害受侵害不適用氨水適用嚴(yán)重受侵害適用適用液態(tài)氨適用適用受輕微侵害液態(tài)氯發(fā)脆受輕微侵害不適用脂肪族溶劑顯著溶脹微?中溶脹適用適用顯著溶脹芳香族溶劑顯著溶脹顯著溶脹受輕微侵害適用適用顯著溶脹普通汽油顯著溶脹適用適用適用不適用不適用煤油顯著溶脹適用適用適用顯著溶脹柴油顯著溶脹適用適用適用顯著溶脹礦物油顯著溶脹微?中溶脹適用適用不適用合成潤(rùn)滑油微?中溶膿微?中溶脹微?中溶脹適用不適用四、橡膠密封制品1.橡膠密封制品的分類橡膠密封制品的種類繁多，按結(jié)構(gòu)特征與密封件的形狀則有油封，O形圈、各種斷面密封圈、皮碗，皮圈，隔膜，閥墊，防塵罩、密封墊圈及門(mén)窗密封條。近年來(lái)，還發(fā)展了橡膠復(fù)合材料密封件及取代嵌縫材料的橡膠膩?zhàn)?。按使用狀態(tài)可分為靜密封，動(dòng)密封及高真空密封用三種制品。表3橡膠密封制品的分類類另U密封制品靜密封O形圈、墊圈、門(mén)窗密封條、防塵罩、墊片等動(dòng)密封往復(fù)運(yùn)動(dòng)O形圈、各種斷面密封圈、皮碗、隔膜、防塵罩等旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)油封、氣封、O形圈等螺旋運(yùn)動(dòng)O形圈、各種斷面密封圈，密封墊圈等高真空密封O形圈、隔膜、墊圈，墊片等2.橡膠密封件的設(shè)計(jì)原則橡膠密封件的密封，是依據(jù)密封件材料與被密封面間的接觸應(yīng)力及介質(zhì)對(duì)接觸面的濕潤(rùn)作用而實(shí)現(xiàn)的。因此可對(duì)各種類型的橡膠密封件，提出一些共同的設(shè)計(jì)原則。密封件應(yīng)能在被密封的兩表面之間形成一定的接觸面并發(fā)生變形，增大接觸面積，保證一定的接觸壓力。必須在結(jié)構(gòu)上采取措施，既能制造自密封效應(yīng)所需要的摩擦條件，又需保證提高密封件的穩(wěn)定性。密封件應(yīng)選用高彈性橡膠，使其在工作過(guò)程中保持良好的接觸，即使是低溫，也能適應(yīng)被密封表面微觀形狀的變化而實(shí)現(xiàn)密封。選擇密封件及其材料時(shí)，必須考慮被密封介質(zhì)與材料間的濕潤(rùn)性，對(duì)敞開(kāi)式密封槽結(jié)構(gòu)(靜密封)，被密封介質(zhì)如能充分潤(rùn)濕接觸面，可獲得額外密封效果。對(duì)封閉式密封槽結(jié)構(gòu)則相反，被密封介質(zhì)應(yīng)對(duì)接觸面沒(méi)有濕潤(rùn)作用，這樣不會(huì)因粘附增大摩擦力，從而為密封創(chuàng)造有利條件。設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生局部應(yīng)力及微觀和宏觀局部變形，對(duì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，被密封表面要求光滑。影響橡膠密封件密封性能的因素橡膠密封的實(shí)質(zhì)，是以橡膠堵住兩接觸面的縫隙而實(shí)現(xiàn)密封，即接觸面密封。影響橡膠密封件密封性能的因素常有下述幾個(gè)：密封結(jié)構(gòu)與接觸面的形狀密封結(jié)構(gòu)型式有兩大類，即靜密封結(jié)構(gòu)和動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。對(duì)于靜密封則以加大結(jié)合壓力，使接觸面達(dá)到緊密密封，對(duì)于動(dòng)密封，加大載荷會(huì)使初始接觸面緊密接觸，但由于運(yùn)動(dòng)摩擦力和在運(yùn)轉(zhuǎn)下兩接觸面的相對(duì)位移，會(huì)使接觸條件發(fā)生變化，使初始密封性能破壞，故要求橡膠密封件變形后的，復(fù)原速度能適應(yīng)接觸面的變化，即運(yùn)動(dòng)面上的微觀不平及時(shí)由橡膠密封件堵封。橡膠密封件堵封接觸面變化的速度，取決于橡膠種類的選擇及膠料的配方設(shè)計(jì)。被密封表面的狀態(tài)，大致分為四種：光滑表面、凸棱表面、凹槽表面及凸棱凹槽混合表面。對(duì)于靜密封，增大接觸面，為被密封介質(zhì)造成難以通過(guò)的迷宮密封；而對(duì)動(dòng)密封性能，密封件材料的永久變形要小，彈性要高，回彈能力要強(qiáng)。密封壓力的影響橡膠密封件在一定壓力范圍內(nèi)，外力增大，密封接觸面積增加，密封件的穩(wěn)定性和密封效果增強(qiáng)，故在允許的極限范圍內(nèi)可采用高彈性模量橡膠，以增強(qiáng)密封件的變形能力及提高密封體本身的穩(wěn)定系數(shù)。為防止受壓密封件的位移，保持其穩(wěn)定性，可在密封件受壓的另一側(cè)裝一剛性止推件，使橡膠位于封閉空間內(nèi)，各向受壓均勻，提高密封效果。介質(zhì)壓力在一定范圍內(nèi)有助于密封件自密封作用的產(chǎn)生，提高密封功效，故在選擇橡膠密封件時(shí)，應(yīng)考慮介質(zhì)的壓力。被密封介質(zhì)的影響密封液體介質(zhì)時(shí)，液體的粘度及對(duì)接觸面的潤(rùn)濕程度是影響密封效果的重要因素。被密封液體粘度越高，對(duì)微觀溝道接觸面堵流密封效果越好。被密封液體對(duì)兩接觸面潤(rùn)濕程度良好，在它們之間就會(huì)形成較薄的液膜，起著膠粘層的作用，密封效果好，如潤(rùn)濕不充分，密封結(jié)構(gòu)易發(fā)生泄漏而失去密封；被密封液體不濕潤(rùn)接觸面，液體則不會(huì)滲入微觀間隙，因而也無(wú)泄漏失密現(xiàn)象。密封氣體介質(zhì)時(shí)，由于氣體的滲透能力強(qiáng)，因此應(yīng)盡量堵住被密封面上的一切微觀間隙。氣體介質(zhì)除通過(guò)接觸面滲漏，還將通過(guò)密封材料本身進(jìn)行擴(kuò)散滲漏，特別是它在長(zhǎng)期受壓的使用條件下影響更大，必須予以注意。(4)溫度及使用時(shí)間的影響橡膠有一定的適用溫度范圍，高于極限溫度會(huì)由于老化而喪失彈性，低于極限溫度即玻璃化溫度時(shí)，高彈性變形受到抑制，剛性增強(qiáng)，故超過(guò)使用溫度范圍，橡膠密封件會(huì)喪失其密封性能。密封件在壓力，溫度、介質(zhì)作用下，工作一定時(shí)間后，硫化膠自身老化，產(chǎn)生不可逆變形，密封性能遭到破壞，故靜、動(dòng)密封結(jié)構(gòu)用橡膠密封件運(yùn)行一段時(shí)間后要進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)失效應(yīng)及時(shí)更換。五、橡膠密封件的選材作為密封材料，必須具有一定的機(jī)械性能，且與被密封介質(zhì)不相溶，鑒于此，橡膠密封件選材應(yīng)考慮如下材料性能：1.抗拉強(qiáng)度彈性體的抗拉強(qiáng)度一般隨溫度升高而下降，故作為密封件必須考慮其最高使用溫度范圍及高溫下的機(jī)械強(qiáng)度。.耐磨性能材料的耐磨性能是動(dòng)密封件的重要性能，耐磨