液压传动介质对丁腈橡胶密封材料性能的影响研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 液压传动介质对丁腈橡胶密封材料 性能的影响研究 摘 要：主要研究对比乳 化油和浓缩液两种介质对煤矿常用丁腈 橡胶密封材料的性能影响。通过参考相 关实验方法，将丁腈橡胶试样在 40的 温度下分别浸泡到 5%的浓缩液稀释液 与乳化液两种传动介质中 1 天、3 天、 7 天，并测定浸泡后橡胶试样的质量、 尺寸、硬度、拉伸性能、撕裂性能、抽 出物的变化情况。结果表明：就选用的 两种传动介质对橡胶试样的性能影响对 比，浓缩液对丁腈橡胶性能变化的影响 比乳化油的影响更小，说明浓缩液与丁 腈橡胶的相容性更好。 中国论文网 /3/view-12980959.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：密封材料;丁腈橡胶;浓 缩液;乳化油 中图分类号：TQ336.42 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016） 26-0172-03 1 概 述 液压支架是保证整个工作面安全 生产的重中之重，其主要作用是支护采 场顶板，维护安全作业空间，推移工作 面采运设备。液压支架的升、降、推、 移等基本动作都是由乳化泵站供给的高 压液体即传动介质，通过各种阀控制立 柱、千斤顶的伸缩来实现。 液压支架传动介质是液压系统中 的重要组成部分，是整个综采工作面液 压支架系统的“ 血液” ，它保证了整个采 煤工作面的安全顺畅采煤和工人的生命 安全。液压支架传动介质分为乳化油、 微乳液、浓缩液等。 目前，我国综采液压系统的工作 介质常使用的是配比浓度为 5%的浓缩 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 液稀释液或乳化液。 密封材料是液压支架中关键零部 件之一，实际工况下与传动介质接触频 繁。如果传动介质与密封材料的相容性 不佳，一定程度上会造成密封材料的物 理和化学性能发生变化。这些变化在很 大程度上影响密封材料在液压系统中的 使用性能。井下液压系统的压力一般在 30 MPa 左右，一旦密封材料损坏，造 成支架出现跑冒滴漏等现象，严重时会 造成液压支架泄压，从而带来安全隐患。 因此研究分析液压支架传动介质 对密封材料的性能影响具有很重要的意 义。煤矿液压支架中采用的密封材料多 由丁腈橡胶制备而成，因此本研究中采 用丁腈橡胶作为基体材料，研究浓缩液 和乳化油对其性能变化的影响。 2 实验方案 2.1 液压支架传动介质的 选取 实验介质选用某矿区使用量较大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的国内某品牌 A 浓缩液和国外某品牌 B 乳化油两种传动介质，实验材料都是 从某矿工作面现场提取的原液。两种产 品的各项性能指标都满足 MT76- 2011液压支架用乳化油、浓缩液及其 高含水液压液的要求。 2.2 试样制备 2.2.1 基本配方 基本配方（质量份）：丁腈橡胶 生胶 100.00，氧化锌 5.0，硬脂酸 1.0， 白炭黑 10.0，防老剂（4010NA）1.5， 防老剂（RD）1.0，炭黑（N330）50.0; 葵二酸二丁酯 7.0，促进（DM）1.5， 促进剂（TMTD） 1.5，硫黄 2.0，DCP2.0。 2.2.2 混炼工艺 丁腈橡胶试样制备时其开炼机的 辊筒表面温度应保持（505 ） ，混炼 按照下列程序进行： 将辊距调至 1.5 mm 使丁腈橡 胶生胶包辊，打开冷却水使水温保持在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 10 ，辊温控制在 50 左右，塑炼 2 min。 生胶包辊后，表面不开裂可以 加入氧化锌、硬脂酸，一边切割两刀打 三个三角包，薄通两遍并割胶翻炼，混 炼 3 min。 加入防老剂，混炼 3 min。 将辊距调至 2.0 mm 加入 1/2 炭黑 N330，混炼 4 min。 剩下的炭黑 N330 和增塑剂交 替加入，左右交替割胶翻炼 3 次，混炼 5 min。 加入硫磺、DCP 和促进剂继续 割胶翻炼，待混炼均匀后薄通 3 遍，调 整辊距至 2.5 mm 出片，4 min。混炼胶 停放 24 h 后待用。 将停放后的混炼胶在 1.5 mm 辊距下塑炼 2 min，调整辊距至 2.5 mm 出片，并裁剪成长方形剪片放入模具中 硫化，在 170 下硫化 20 min，制成 2 mm0.2 mm 厚的标准硫化胶试片。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.3 实验仪器与设备 P3555B2 型盘式硫化仪（北京环 峰机械制造厂生产）; 160320 双辊开炼机（上海橡 胶机械一厂生产）; XQLB-350350 平板硫化机（上 海橡胶机械制造厂生产）; CMT4104 电子拉力机（深圳新 三思公司生产）; XY-1 邵尔硬度计（上海橡胶机 械制造厂生产）; HD-10 型厚度计（北京化工机修 厂生产） 。 2.4 传动介质对密封材料 性能影响的实验方法 按煤炭行业标准 MT76-2011液 压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液 压液配制成浓度为 5%的液压支架传 动介质稀释液，并分别标记为 1#-A 浓 缩液稀释液与 2#-B 乳化液，配液用水 为蒸馏水。 丁腈橡胶试样质量、尺寸、硬度、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 拉伸性能、抽出物测定等性能的变化率 实验方法依据 GB/T1690-2010硫化橡 胶或热塑性橡胶耐液体试验方法 。 丁腈橡胶试样撕裂性能变化率的 实验方法依据 GB/T529-2008硫化橡 胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、 直角形和新月形试样） 。 丁腈橡胶试样压缩永久变形变化 的实验方法依据 GB/T7759-1996硫化 橡胶、热塑性橡胶常温、高温和低温下 压缩永久变形测定 。 2.5 通用试验程序 将试样浸入盛有试验液体的磨口 瓶中，并将装置放入已达到温度为 40 的恒温箱中。对于全浸试验，试样应 距离容器内壁不少于 5 mm，距容器底 部和液体表面不少于 10 mm。每组测试 需用 3 个试样，分别间隔 1 天、3 天、 7 天取样。试样分别标记为 1#-1D、1#- 3D、1#-7D 、2#-1D 、2#-3D、2#-7D。 在浸泡试验结束后，从恒温箱中取出试 验装置，用滤纸擦去试样表面的黏性不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 挥发液体，在标准实验室温度下调节 30 min，进行相关测量。 2.6 测量数据 2.6.1 试样质量的变化 质量变化百分率为： m100=（mi-m0）/m0100%。 式中：m0 为浸泡前试样在空气 中的质量，单位为克（g）; mi 为浸泡后试样在空气中的质 量，单位为克（g） 。 2.6.2 试样尺寸的变化 长度变化百分率为： l100=（li-l0）/l0100%。 式中：l0 为试样的初始长度，单 位为（mm）; li 为试样浸泡后的长度，单位为 （mm） 。 宽度 k 和厚度 h 变化百分率计算 公式与长度相同。 2.6.3 拉伸性能的变化 拉伸性能变化百分率： （X100 ）X100= （Xi-X0）/ -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 X0100% 式中：X0 为试样浸泡前的拉伸 性能值; Xi 为试样浸泡后的拉伸性能值。 拉伸性能包括试样初始横截面积 计算拉伸强度 TS、拉断伸长率 E 和 100%定 伸应力 T。 2.6.4 测定抽出物的变化 将浸泡后的试样在一个绝对大气 压约 20 kPa，温度为 40 的试验箱中 干燥至恒重，即每隔 30 min 将试样称 重一次，直至连续两次称量之差小于 1 mg 为止。 抽出物质的量以试样经浸泡并干 燥后的质量与试样初始质量之差占试样 初始质量的百分率表示。 2.6.5 撕裂性能 撕裂强度变化百分率： （T）T= （Ti- T0）/ T0100% 式中： T0 为试样浸泡前的撕裂强度; Ti 为试样浸泡后的撕裂强度，单 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 位为千牛每米（kN/m） 。 2.6.6 压缩永久变形 压缩永久变形： C （%）= （h0-h1 ）/（ho-hs） 100%。 式中： C 为压缩变形; h0 为试验前试样厚度，mm; hs 为限制器的高度，mm; h1 为试样恢复后的厚度，mm。 3 结果分析 3.1 质量变化 浸泡前后试样质量的变化不仅 反映出传动介质对丁腈橡胶的溶胀性能， 同时说明丁腈橡胶在不同传动介质中的 老化速率。丁腈橡胶在 1#-A 浓缩液稀 释液与 2#-B 乳化液中分别浸泡不同天 数后的质量率变化，如图 1 所示。 由图中可以看出，在同一浸泡天 数对比中，浸泡在 2#-B 乳化液比浸泡 在 1#-A 浓缩液稀释液试样的质量变化 率都大，说明 2#-B 乳化液浸入橡胶较 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 多，不利于丁腈橡胶密封件在乳化液环 境下的质量稳定。 3.2 尺寸变化 浸泡后试样尺寸的变化不仅反映 出传动介质与橡胶的互溶性能，同时说 明了橡胶制品的抗老化性能。浸泡前后 试样尺寸变化，见表 1。 在同一浸泡天数对比中，浸泡在 2#-B 乳化液比浸泡在 1#-A 浓缩液稀释 液试样的长度、宽度、厚度变化率都大， 说明 2#-B 乳化液影响橡胶较多，不利 于丁腈橡胶密封件在乳化液环境下的尺 寸稳定。 3.3 拉伸性能变化 浸泡前后试样拉伸性能变化， 见表 3。 在同一浸泡天数对比中，浸泡在 2#-B 乳化液比浸泡在 1#-A 浓缩液稀释 液试样的拉伸强度（TS） 、100%定伸应 力（T） 、拉断伸长率（E）变化率都大， 说明 2#-B 乳化液的浸入对丁腈橡胶弹 性网络的影响更大，不利于丁腈橡胶密 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 封件在乳化液环境下长期使用。 3.4 撕裂性能变化 在橡胶工业在与试样主轴平行的 方向上，撕裂试片所需的最大力除以试 片的厚度，单位为 kN/m。它是橡胶所 具备的一项重要物理性能指标。本实验 选用直角撕裂强度进行浸泡前后对比试 验。 浸泡前后试样撕裂性能变化，见 表 4。 在同一浸泡天数对比中，浸泡在 2#-B 乳化液比浸泡在 1#-A 浓缩液稀释 液的试样撕裂强度变化率大，说明 2#-B 乳化液的浸入对丁腈橡胶抗撕裂性能的 影响更大，不利于丁腈橡胶密封件在乳 化液环境下长期使用。 3.5 抽出物的变化 试样中抽出物的多少决定了浸泡 式样所浸入的液体数量，会严重影响丁 腈橡胶密封件在现场的使用。浸泡前后 试样抽出物比例，如图 2 所示。在同一 浸泡天数对比中，浸泡在 2#-B 乳化液 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 比浸泡在 1#-A 浓缩液稀释液试样的抽 出物比例大，说明 2#-B 乳化液不利于 丁腈橡胶密封件在乳化液环境下长期使 用。 3.6 压缩永久变形 压缩永久变形是橡胶制品的重要 指标之一，硫化橡胶压缩永久变形的大 小，涉及到硫化橡胶的弹性与恢复。 首先测定试样的原始高度，选择 8 mm 的限制器，然后把试样和限制器 放于夹具中，均匀地压缩到规定的高度。 压缩时，试样、限制器不能互相接触。 将夹具放入烘箱中，升至 100 时开始 计时。24 h 后，从烘箱中取出夹具，在 室温下冷却 2 h，然后打开夹具，取出 试样，在自由状态下停放 1 h，测量试 样压缩后的恢复高度。 浸泡前后试样压缩永久变形的实 验数据，见表 5。 在浸泡 1#-A 浓缩液稀释液的 3 组试样中，随着浸泡天数的增加，压缩 永久变形与未浸泡试样相比变化不大， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 即使浸泡 7 天，压缩永久变形仅为 6.1%（未浸泡的为 5.5%） ，说明 1#-A 浓缩液稀释液对丁腈橡胶性能影响较小， 不会破坏橡胶网络的弹性恢复。 在浸泡 2#-B 乳化液的 3 组试样 中，随着浸泡天数的增加，压缩永久变 形与未浸泡试样相比变化较大，为别为 11.0%、 19.5%、21.7%（未浸泡的为 5.5%） ， 说明 2#