氯丁橡膠滾動(dòng)密封圈密封不嚴(yán)及其解決措施

易學(xué)平，戴 樂(lè)

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003；2.海軍駐洛陽(yáng)四〇七廠軍事代表室，河南 洛陽(yáng) 471039）

0 引言

滾動(dòng)密封圈是某水下振源體的密封配件，其主要作用是在振源體工作時(shí)該密封圈將殼體內(nèi)與周圍環(huán)境分開(kāi)，既起到靜密封作用，又具有動(dòng)密封的效果。該密封圈膠料需耐油、耐海水腐蝕、耐紫外線，同時(shí)為了保證密封圈做高頻率的振動(dòng)，膠料材料必須具有高的靈敏度和柔性，密封圈橡膠選擇的膠料是氯丁橡膠CR232，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，密封圈在低溫時(shí)還是出現(xiàn)了密封不嚴(yán)現(xiàn)象。本文針對(duì)滾動(dòng)密封圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其密封不嚴(yán)原因及其解決措施進(jìn)行論述。

1 滾動(dòng)密封圈的結(jié)構(gòu)

滾動(dòng)密封圈外形呈圓環(huán)狀，截面為半圓形，主要由內(nèi)圈（氯丁橡膠CR232）和動(dòng)壓板（鈦板TA2）組成，內(nèi)圈與動(dòng)壓板硫化成形，硫化間隙均勻。滾動(dòng)密封圈通過(guò)壓緊動(dòng)壓板使橡膠在膜板處產(chǎn)生變形從而密封，橡膠硬度在標(biāo)準(zhǔn)條件下要求為55°±5°（邵爾A）。滾動(dòng)密封圈結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 滾動(dòng)密封圈結(jié)構(gòu)示意圖

2 氯丁橡膠材料性能

氯丁橡膠是一種具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、粘結(jié)性和耐侯性以及耐油性的合成橡膠，以氯丁二烯為主要原料，通過(guò)均聚或共聚制得的一種彈性體。由于氯丁橡膠分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，無(wú)論是生膠或硫化膠在較低溫度下都具有明顯的結(jié)晶傾向，導(dǎo)致橡膠變硬，但溫度升到60℃～70℃時(shí)，其結(jié)晶現(xiàn)象消失；氯丁橡膠分子中含有極性氯原子，分子間內(nèi)聚能較高，具有規(guī)整的分子排列和可逆的結(jié)晶性能，使得其力學(xué)性能優(yōu)異。

3 滾動(dòng)密封圈密封不嚴(yán)的原因

水下振源體工作一段時(shí)間后，滾動(dòng)密封圈出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象，對(duì)振源體進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)壓板兩個(gè)螺栓之間漏氣，初步分析密封不嚴(yán)的原因有兩個(gè)方面：①動(dòng)壓板強(qiáng)度不足；②環(huán)境溫度過(guò)低，滾動(dòng)密封圈硬度過(guò)高。動(dòng)壓板強(qiáng)度不足，安裝后兩個(gè)螺栓之間的動(dòng)壓板凸起，導(dǎo)致密封不嚴(yán)。變更動(dòng)壓板材料，由TA2材料變?yōu)門(mén)A5材料，提高鈦板剛度。試驗(yàn)前密封圈硬度檢測(cè)結(jié)果為80°（邵爾A）左右，經(jīng)密封試驗(yàn)檢測(cè)證明漏水現(xiàn)象盡管有所改善，但是仍有部分存在密封不嚴(yán)的現(xiàn)象，不符合要求?？梢?jiàn)滾動(dòng)密封圈漏水的原因是環(huán)境溫度過(guò)低，氯丁橡膠發(fā)生結(jié)晶，從而使?jié)L動(dòng)密封圈硬度過(guò)高，動(dòng)壓板壓不緊，導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

高分子物質(zhì)的結(jié)晶是指隨著溫度的降低，分子鏈之間的范德華力加大，分子鏈的柔性降低，導(dǎo)致出現(xiàn)分子鏈聚集及材料變硬的過(guò)程。分子量越大，鏈的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，對(duì)稱性越高，鏈的規(guī)整性越好，取代基的空間位阻越小，鏈的柔順性越大，則越易結(jié)晶，反之，則不易結(jié)晶。氯丁橡膠CR232是由氯丁二烯聚合而成，由于其分子鏈結(jié)構(gòu)特征簡(jiǎn)單而且比較規(guī)整，隨著溫度的降低，氯丁橡膠更容易結(jié)晶，表現(xiàn)為膠料在低溫下易變硬。

4 解決方法及措施

由上述可知，滾動(dòng)密封圈密封不嚴(yán)的主要原因是環(huán)境溫度過(guò)低，膠料出現(xiàn)結(jié)晶，產(chǎn)品硬度較大，動(dòng)壓板壓緊力不夠?qū)е旅芊獠粐?yán)，選擇高抗結(jié)晶性能的氯丁橡膠為產(chǎn)品膠料的配方。

氯丁橡膠DCR114和DCR213的主體基本原材料與氯丁橡膠CR232一樣，均為氯丁二烯，但由于其分子鏈結(jié)構(gòu)不同，致使其抗結(jié)晶能力有所差異。氯丁橡膠DCR114和DCR213通過(guò)引入2，3—二氯丁二烯為第二單體與氯丁二烯共聚，改變了氯丁橡膠分子鏈的規(guī)整性，分子鏈結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，取代基的空間位阻加大，使得合成的氯丁橡膠具有優(yōu)良的抗結(jié)晶性，膠料在低溫的環(huán)境下不易變硬，同時(shí)也保持了氯丁橡膠固有的優(yōu)良綜合性能。3種氯丁橡膠的主要性能見(jiàn)表1。

表1 3種氯丁膠的基本性能

經(jīng)討論分析認(rèn)為，膠料配方采用氯丁橡膠DCR114與DCR213并用（75／25）為產(chǎn)品膠料的主體材料后，可以提高膠料的抗結(jié)晶性能。改進(jìn)膠料與原膠料抗結(jié)晶性硬度變化情況見(jiàn)表2。

表2的對(duì)比結(jié)果表明：①改進(jìn)膠料的抗結(jié)晶性能大大提高，在-20℃～60℃之間，硬度變化為15°（邵爾A），硬度最高65°（邵爾A），原膠料在-20℃～60℃之間，硬度變化為44°（邵爾A），硬度最高95°（邵爾A），改進(jìn)膠料配方比原膠料的抗結(jié)晶性能有較大改善，產(chǎn)品硬度下降明顯，可以滿足使用要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)水下振源體在工作過(guò)程中出現(xiàn)漏水問(wèn)題，采用氯丁橡膠DCR114與DCR213并用（75／25）代替原氯丁橡膠CR232，改進(jìn)膠料材料比原膠料的抗結(jié)晶性能有較大改善，產(chǎn)品硬度明顯下降，該方法可以應(yīng)用于氯丁橡膠密封圈的設(shè)計(jì)中，更好地提高了氯丁橡膠密封件的環(huán)境適應(yīng)性。

表2 改進(jìn)膠料與原膠料抗結(jié)晶性硬度變化

［1］江畹蘭.改善氯丁橡膠低溫性能的配方之優(yōu)化［J］.世界橡膠工業(yè)，2001（4）：14-17.

［2］李吉?jiǎng)?鐵道車輛空氣彈簧及膠料自然氣候老化試驗(yàn)研究［J］.試驗(yàn)研究，2010（2）：13-17.

［3］魏元生.氯丁橡膠的改性研究［D］.武漢：武漢工程大學(xué)，2009：10-30.