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炭黑与CZ对三元乙丙橡胶力学及干摩擦性能的影响

田元  
【摘要】:主驱动系统是盾构机最核心的部件之一,在提供刀盘回转扭矩的同时还承受推进系统的全部推力。由于主驱动系统的可靠性要求很高,主驱动密封是保证其正常工作的关键。主驱动运行过程中,虽然注入一定压力的油脂,但由于机械安装误差、偏载或局部存在砂粒,产生缺油和乏油状态,橡胶密封件发生干摩擦,加速了主驱动系统的失效过程。三元乙丙橡胶(EPDM)因其具有优异的耐磨性、耐热性、抗侵蚀和耐老化性能,目前被逐步地应用于盾构机主驱动密封件中。但目前为止,还很少人关注炭黑与CZ份数对三元乙丙橡胶力学及干摩擦性能的影响。为此,本文以三元乙丙橡胶配方为研究对象,分析混炼、硫化工艺,通过力学性能和摩擦学性能等方面的研究,找出最优CZ、炭黑份数的三元乙丙橡胶配方,以满足盾构机主驱动密封件的使役要求。首先采用CZ促进剂与硫磺并用,探讨CZ份数对三元乙丙橡胶的力学及摩擦学性能影响。结果表明随着CZ份数的增加,三元乙丙橡胶的抗拉强度、硬度、耐磨性等性能均先增加后降低,当CZ份数为0.5份时,取得最大值。之后炭黑作为EPDM补强体系中的重要材料,炭黑份数的改变可以调整EPDM橡胶的硬度与力学性能。结果表明三元乙丙橡胶随着炭黑份数的增加,硬度和抗拉强度增加,断裂伸长率降低。高载荷作用下,随着炭黑份数的增加,三元乙丙橡胶耐磨性增强,磨痕表面温度上升;低载荷作用下,三元乙丙橡胶随着炭黑份数的增加耐磨性增强。最后橡胶在高温时分子键的结合力相对较弱,容易造成密封件弹性、力学性能。为了更好地研究橡胶在不同温度下的性能,因此研究了不同温度下橡胶硬度的变化,着重考虑升温和降温过程中硬度的变化。结果表明三元乙丙橡胶在升温过程中,190℃还处于橡胶态,而210℃时则处于粘流态,不能正常工作。通过上述研究,得到适用于主驱动密封的三元乙丙橡胶基本配方及其份数为:EPDM100phr;硫磺1.5phr;CZ 0.5phr;氧化锌5phr;硬脂酸1phr;炭黑70phr;防老化剂0.5phr;环烷油15phr。


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