NdFeB磁性丁腈橡胶复合材料的性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:chenglin229
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长期以来,各类机械、电子设备大量、普遍地使用性能优良、耐油性较好的丁腈橡胶。但随着各种机械电子设备性能不断提高,在高速、高低温、强腐蚀等恶劣工况下,对橡胶密封件苛刻密封条件的要求也日益严格。丁腈橡胶(NBR)为非结晶性无定形聚合物,其生胶拉伸强度非常低,只有3MPa左右,必须经过增强才具有使用价值,加入炭黑后,NBR的拉伸强度可以达到15~25MPa,增强系数为4~12。但仅靠炭黑等增强剂来提高NBR的硬度,不仅硬度难以继续提高外,其硫化制品的弹性和伸长率等也不能满足应用的需要。为了进一步提高丁腈橡胶密封件使用寿命,提高丁腈橡胶材料的机械和力学性能,即提高其抗磨、减摩性能成为目前急待解决的问题。摩擦和磨损是接触型动密封中存在的问题。接触动密封的密封件与被密封件相接触。由于有相对运动而产生摩擦,导致发热和零件表面的磨损,这是引起泄漏及密封件损坏的主要原因。丁腈橡胶耐油性在各种普通橡胶中较好,密封制品多采用丁腈橡胶。但是,丁腈橡胶在使用过程中,特别是动密封摩擦阻力大、易摩损,同时造成油液介质被污染,使用寿命短。减少橡胶的摩擦系数可以减少摩擦力并有效降底橡胶制品的磨损。通过对丁腈橡胶材料的填充共混改性,旨在使其具有相对较低的摩擦系数、较高的耐磨性、较好的机械力学性能和磁性能。此外,采用化学共混的方法可以将NdFeB磁粉和丁腈橡胶基体制备具有优良性能的磁性复合材料。由于本课题研究的是在机械电子工业中应用的密封用磁性橡胶,选用机械电子工业中广泛应用的丁腈橡胶(NBR)做磁性橡胶的基胶材料,选用NdFeB磁粉作为丁腈橡胶的填充物,以求较少填充量获得丁腈橡胶高填充磁粒子量的磁性能。通过改性使磁性NdFeB粒子具有与常规填料炭黑和生胶较好的表面结合力,制备了具有磁性的NdFeB复合丁腈橡胶:探索性研究磁粉取代部分炭黑的应用。制备的试样是由纯丁腈橡胶做为母胶,填充分散的NdFeB磁粉。通过对其物理机械性能、油摩擦状态下的摩擦学性能的测试,研究磁粉对丁腈橡胶性能的影响;探讨NdFeB粒子改性丁腈橡胶的抗磨、减摩的机理,以提高材料的减摩抗磨性能。通过对改性丁腈橡胶的性能研究,为丁腈橡胶密封件的设计和生产提供实验依据。本课题采用干法混炼制备NdFeB磁性丁腈复合橡胶,对它的物理机械性能、磁性能和油摩擦状态下的摩擦学性能进行了测试,并对NdFeB磁性丁腈橡胶的表面摩擦、磨损、润滑和磁性能进行了分析研究。研究结果表明:1)NdFeB磁性丁腈复合橡胶,邵尔A硬度随着填充量的增加有所提高;拉伸强度先增加后下降,出现一峰值;扯断伸长率有所下降。2)NdFeB磁性丁腈橡胶复合,对比空白胶样,在干摩擦状态下,摩擦系数和磨损率低较低;在15%填充量时,摩擦系数出现最小值。在油摩擦状态下,摩擦系和磨损率显著下降,并呈一稳定态式。3)NdFeB磁性丁腈复合橡胶的磁性能较好,具有强的矫顽力,可以补偿因密封件应力松弛而减小的密封压力。从而,可以有效地提高密封件的密封性能和使用寿命。
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