螺杆泵定子橡胶材料制备及其机械性能的试验研究

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螺杆泵作为一种稳定、高效的泵送设备,由于它的结构简单、操作简便等优点,已经得到了越来越多的应用。但是随着螺杆泵的逐步推广,也出现了一些问题急需解决。由于螺杆泵定子采用橡胶材料制作,且所处的工作环境比较恶劣,所以螺杆泵定子容易发生失效,影响生产并造成不必要的损失,因此开发出综合性能优异的螺杆泵定子用橡胶材料对于螺杆泵的推广具有十分重要的作用。本文主要是以单螺杆泵定子常用丁腈橡胶材料为研究对象,通过更改橡胶配方中的硫化体系和补强体系,以及更改补强体系中炭黑与白炭黑的并用比例等途径,研究配合剂对丁腈橡胶材料机械性能的影响,进而得出综合性能优异的丁腈橡胶材料。  本研究主要内容包括:⑴基于橡胶材料的制备方法,针对螺杆泵定子材料,设计了三种丁腈橡胶弹性体材料的配方。⑵基于丁腈橡胶材料及其配方,提出了丁腈橡胶材料的硫化工艺,并按该工艺制备了三种丁腈橡胶弹性体材料。⑶试验研究了三种弹性体丁腈橡胶材料(NBR3345、NBR3965和JSRN220S)的机械性能。结果表明:丁腈橡胶NBR3965弹性体材料在硬度、拉伸性能、压缩弹性模量以及耐热性能等方面都优于其它两种材料,撕裂强度和压缩永久变形性能与其它两种材料大小相近。说明丁腈橡胶NBR3965较其它两种丁腈橡胶材料有更佳的综合机械性能。⑷研究了三种不同的硫化体系分别对丁腈橡胶材料机械性能的影响。结果表明:传统硫化体系能使丁腈橡胶材料具有较大的抗拉强度、延伸率、撕裂强度和压缩模量,但是橡胶材料的压缩永久变形、应力松弛、蠕变和耐热性能较差;半有效硫化体系使丁腈橡胶材料的抗拉强度、延伸率和撕裂强度略低,但材料的压缩永久变形、应力松弛、断后伸长率及蠕变性能表现优异,耐热性能较为出众;过氧化物硫化体系使丁腈橡胶材料的抗拉强度、延伸率和撕裂强度性能表现不够优异,且使材料的压缩永久变形偏高,应力松弛和蠕变性能表现较差。⑸研究了三种不同的补强剂对丁腈橡胶材料机械性能的影响。结果表明:高耐磨炭黑N330能使丁腈橡胶硫化胶料具有较高的抗拉强度、硬度、延伸率以及压缩弹性模量,但也使硫化胶料的压缩永久变形量和蠕变量较大,硫化胶料抵抗压缩变形的能力稍差;细粒子炭黑N880能使丁腈橡胶硫化胶料具有较低的压缩永久变形,较小的断后伸长率,但硫化胶料的机械强度和硬度不足;白炭黑能使丁腈橡胶硫化胶料具有良好的耐热性能,较高的撕裂强度和延伸率,但也使硫化胶料的应力松弛量和蠕变量较高,断后伸长率偏大。⑹研究了四种不同的炭黑与白炭黑并用比例对丁腈橡胶材料的机械性能的影响。结果表明:随着白炭黑用量的不断增大,丁腈橡胶硫化胶料的抗拉强度、延伸率、撕裂强度和耐热性能都有较大提高,但硫化胶料的压缩弹性模量有所降低,压缩永久变形量、蠕变量和应力松弛量变大。当炭黑和白炭黑的并用比例为100∶30时,丁腈橡胶硫化胶料的综合性能最好。⑺通过正交试验极差分析方法研究了硫化体系和补强体系对丁腈橡胶材料机械性能的影响。结果表明:硫化体系对丁腈橡胶材料的压缩永久变形性能和压缩弹性模量的影响稍高。补强体系对丁腈橡胶材料的抗拉强度、撕裂强度、硬度和压缩应力松弛的影响较高,尤其是对撕裂强度具有较大的影响。
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