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常州工程職業(yè)技術(shù)學院 課程名稱：橡膠配方與設(shè)計 項目名稱：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 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和檢測項目確定 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)計實踐 任務(wù)五 實訓報告撰寫 任務(wù)六 實訓報告總結(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)用于各種機械，耐各類石油基油及多種化學介質(zhì) (2)：Y型密封圈廣泛應(yīng)用于液壓、機械、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)動機系統(tǒng)，洗滌機械，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；還可能使空氣進入吸油腔，影響液壓泵的工作性能和液壓執(zhí)行組件運動的平穩(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，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后能自動補償。 （4）結(jié)構(gòu)簡單，使用，維護方便，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，實質(zhì)上是高聚物耐有機溶劑的溶脹的能力。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械性能的變化來衡量。 一般用于機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和檢測項目確定 表1 耐油密封圈膠料性能指標和試驗項目 項目 性能指標 邵氏硬度/度 拉伸強度/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)品性能確定該實訓項目的性能指標，也可以另行確定性能指標，并且確定需要檢測的試驗項目 項目 性能指標 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，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？ 根據(jù)工作介質(zhì)為燃油，液壓油，機油等，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，因為隨交聯(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，具有油類難以擴散的優(yōu)點。 采用有機過氧化物，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/促進劑的復(fù)合硫化體系，常用的促進劑有：DM，CZ，TMTD 3. 補強體系和填充體系 一般降低膠料中的體積分數(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，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數(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 補強劑 促進劑DM 1.5 促進劑 促進劑TMTD 1.5 促進劑 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 促進劑DM 1.5 1.16 1.29 促進劑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 促進劑DM 1.5 14 21 1.16 1.29 8 促進劑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 促進劑DM 1.5 14 21 1.16 1.29 8 促進劑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 測試標準：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。 （2）浸泡后的拉伸性能的變化試驗。 （3）浸泡后的硬度試驗。 （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，準備相關(guān)工具。 （2）試驗前檢查硬度計指針是否指于零點，并檢查壓針亞于玻璃面上。 （3）將試樣置于硬度中玻璃面上，用定負荷架輔助測定試樣的硬度。 （4）試樣上的點只準測量一次硬度，點與點距離不少于6mm，點與邊距不少于12mm。 （5）每個試樣的測量點不少于5個，取中值作為實驗結(jié)果，精確到整數(shù)。 （6）試驗結(jié)束后，清理現(xiàn)場并做好相關(guān)實驗使用記錄。 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，準備相關(guān)工具。 （2）接電：將電機插頭，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，再進行試驗，試驗完后取下試樣，刷去膠屑，在1h內(nèi)稱量準確到0.001g （7）試驗結(jié)束后，關(guān)機，關(guān)電等，清理現(xiàn)場并做好相關(guān)實驗使用記錄。 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 半補強白炭黑 40 促進劑DM 1 促進劑TT 1 CdS 1 HVA 1 DBP 15 DNP 2 NA4010 1 二甘醇 2 任務(wù)六 實訓報告總結(jié)交流評價（指出存在的問題和改進方法）