氟橡膠密封材料的濕熱老化機制

2013-11-07 張曉軍 第二炮兵工程大學

  通過對氟橡膠密封材料的濕熱老化試驗研究,以及老化試驗前后材料的紅外光譜分析與壓縮永久變形測量,分析老化引起材料內部的分子結構變化,建立不同老化條件下材料性能隨老化時間變化規律。結果表明:溫度和濕度對橡膠壓縮性能的影響都很明顯,溫度影響更加顯著;氟橡膠在不同的老化條件下具有不同的失效機制,在濕熱條件下主要是分子交聯和水解,在熱氧條件下是分子斷裂和交聯。

  橡膠作為一種重要的密封材料,在工程技術領域有著廣泛的應用。氟橡膠密封件,由于可在一般通用橡膠密封件無法勝任的極為苛刻的條件下使用,且是唯一完全不燃燒的橡膠類密封件,在一些重要領域得到了特別的關注和應用。據資料報道,美國在航天系統的密封部位大都采用的是氟橡膠密封件。

  氟橡膠密封件在使用過程中,不免要受到各種環境條件如溫度、水分和氧氣等的影響,引起不同程度的老化變質,從而影響其密封性能。影響橡膠密封材料的老化因素較多,老化機制也比較復雜,目前對于氟密封材料的老化機制也尚不清楚。因此,本文作者以F108氟橡膠材料為研究對象,對其進行濕熱老化試驗,并對老化后的試驗件進行永久壓縮變形測量和紅外光譜分析,進而研究其在濕熱條件下的失效機制。

1、試驗部分

  1.1、試樣

  試樣材料為F108氟橡膠,試件由西北橡膠公司提供。將其模壓為10mm×10mm的圓柱體,如圖1所示。

F108試樣及試樣試驗狀態

圖1 F108試樣及試樣試驗狀態

  1.2、試驗條件

  試驗在5種不同的老化溫度和濕度下進行,分別為:40℃,85%RH;55℃,85%RH;55℃,95%RH;70℃,85%RH;70℃,95%RH。加速老化的時間分別為1,3,6,9,12,16天,試樣的軸向壓縮為30%,每種條件下分別測試3個試樣,取平均值。

  1.3、試驗設備

  試驗所采用的設備有:SDJ705型高低溫濕熱交變試驗箱;德國BRUKERVERTEX70傅里葉變換紅外光譜儀;專用夾具;測厚儀等。

3、結論

  (1)溫度和濕度對橡膠壓縮性能的作用效果都很明顯,溫度影響更加顯著。

  (2)氟橡膠在不同老化條件下的失效機制是不同的,在濕熱條件下,失效的原因主要是分子交聯和水解;在熱氧條件下,是分子斷裂和交聯。