耐油橡胶密封性研究

    耐油橡胶是指耐非极性油的橡胶，主要是极性橡胶，如丁腈橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、氢化丁腈橡胶等。当橡胶制品与各种油液长期接触时，一方面油液能渗透到橡胶中，使之体积膨胀；另一方面，油类介质可以从硫化胶中抽出可溶性的配合剂（如增塑剂等），导致硫化胶体积收缩，这是一个动态平衡过程。如果溶胀导致的体积变化大于收缩导致的体积变化，则呈现为体积膨胀，反之则呈现为体积收缩。

    实验对NBR、HNBR、CR、ACM、FKM几种橡胶的硫化特性、力学性能及耐老化性能、耐油性能及密封性能进行了研究，结果见下：

1硫化特性

    由表1可以看出，NBR3365、4975的T90较短，说明NBR硫化速度较快；HNBR、CR、ACM的T90较长，硫化速度较慢；而FKM的T90则过长，硫化速度过慢。而从T10来看，NBR3365、NBR4975 又表现出了较好的焦烧安全性。

    表1中由最小扭矩可以看出，NBR、HNBR的流动性较好，而CR、ACM和FKM的流动性则较差。

NBR和ACM的最大扭矩较小，而HNBR、CR和FKM的最大扭矩则较大。硫化曲线上所呈现出来的流动性及最大转矩是符合一般规律的，尤其是最大转矩，其反映的是胶料的扭转剪切模量，而在硬度差别不大时，HNBR、CR和FKM表现出更高的弹性模量。

2力学性能及耐老化性能

    由表2可以看出，HNBR和CR具有最高的拉伸强度。NBR的拉伸强度和撕裂强度仅低于和CR，而优于ACM和FKM，且其拉断伸长率明显优于CR，这是由于NBR虽然不具备自补强性，但炭黑对其具备良好的补强性。ACM和FKM的拉伸强度很接近，但其撕裂强度和拉断伸长率明显高于后者，这是由于ACM拉伸强度主要源自炭黑粒子对其补强作用，而后者源自其自补强性，而炭黑粒子在提高ACM拉伸强度的同时，还可以缓冲掉破坏过程中应力集中导致破坏的能量，从而具备优于后者的撕裂强度和拉断伸长率。FKM的撕裂强度较小，且热撕裂性能很差，在胶料成型过程中影响很大，是当下急需解决的问题。

   由表2还可以看出，关于耐老化性能，NBR 的硬度变化和拉伸强度变化率虽然不大，但拉断伸长率却下降非常明显；CR耐老化性能较好，且老化后各项性能都变化不大；HNBR、ACM和FKM的拉断伸长率略有变化，但拉伸强度提高，这可能是由于试样未经过二次硫化（为使各组胶料平行对比），导致橡胶在硫化过程中交联不充分，在100℃×72 h的老化过程中实质上是发生了进一步的交联反应。就整体而言，NBR 老化后在性能变化率上表现出了一定劣势；由于测试温度过低，饱和橡胶在对高温的抗耐性方面未表现出显著优势，尤其是HNBR、ACM和FKM，他们的耐热优势应表现在150℃及以上。

3耐油性能

    表3中数据显示，CR在IRM901和IRM903试验中，无论是硬度、体积还是质量的变化都较大，在IRM903中体积变化率更是高达60.4%，这是由于CR的分子链侧基为氯元素，而氯相对于其他组材料侧基的极性明显较弱，从而出现耐油性相对较差的现象。

    FKM的硬度、体积和质量变化都很小，甚至趋于无变化， 表现出了最好的耐油性能，一方面是由于FKM侧基的极性很强，另一方面是FKM分子链每个结构单元侧基密度都远高于其他组橡胶材料，最终导致FKM 优异的耐油性。ACM 的耐油性能比NBR4975差，但是明显优于NBR3365，这与“ACM的常温下耐油性能相当于中高丙烯腈含量的NBR，耐热油性能接近于高丙烯腈含量NBR”的理论是相符的。HNBR的耐油性能介于NBR3365和4975之间，主要是由其丙烯腈含量决定的。

4密封性

    由表4可以看出，在1#条件下，一个试验周期后，CR密封圈出现轻微渗漏，其它密封圈未出现漏油。通过对试验后各组样件对比发现，CR样件在试验后内径轻微变大，但无明显磨损痕迹，其余5组样件与试验前相比几乎无变化。经过对试验唇口剖切后测量，发现其唇口已出现轻微胀大变形，虽然在使用过程中有弹簧对唇口与轴的配合进行束缚，但当唇口胀大后会出现轻微的褶皱，在轴旋转过程中，与轴的配合将会出现轻微间隙，从而导致试验油渗漏。

2#试验的结果与1#试验接近

同样是CR密封圈在实验过程中出现了漏油，这与1#实验是同样的原因。在对试验后的样件进行检测时发现，相对于1#试验后的样件，2#试验后NBR3365、NBR4975和CR样件的硬度增长较为明显，虽然理论上耐油橡胶材料在油性介质中耐热性能会提高，但老化依然明显，这可能是因为密封圈在实验过程中只有一侧浸入试验油中，而另一侧仍置于空气中，导致老化速度较快。

在3#试验中

NBR3365和4975均在试验结束前就出现了失效现象，而HNBR、ACM和FKM在试验结束时仍正常。在实验过程中发现，当轴高速运转时，唇口部位的温度已超过油温，最高时达166℃，而在该温度下，NBR老化速度将迅速加快，甚至已超过HNBR使用温度的上限。通过对试验后样件的测试，NBR3365和4975密封圈的唇口部位确实发生了明显的硬化老化，这也直接导致了密封圈漏油。试验后HNBR 密封圈唇口的硬度也发生了硬化老化，但其程度轻微，胶体仍保持着良好的弹性。ACM和FKM密封圈唇口部位胶体硬度在实验前后未发生明显变化，说明其未发生明显的老化。

在4#试验中

除FKM以外，其他样件均在试验过程中出现了失效现象，当然各组样件的试验寿命也不尽相同，ACM＞HNBR＞NBR3365＞NBR4975，整体的试验寿命与胶料的耐热性顺序基本是一致的。在实验过程中各组样件唇口部位的温度情况：FKM2463＞NBR4975、HNBR4307、ACM＞NBR3365；NBR4975的耐热性略好于NBR3365，与HNBR耐热程度相差较大，更远差于ACM，所以最先发生了失效；而NBR3365虽然耐热性较差，但由于自身生热较低，所以表现出略好于NBR4975的试验寿命。在本组试验中，FKM虽然是温升幅度最大的，却是唯一在整个试验中没有发生失效的，主要原因是FKM具有远好于其他橡胶的耐热性，基于此，对于高速旋转轴唇型密封圈来说，氟橡胶具有无可比拟的优势。

5结论

（1）与HNBR、ACM、CR和FKM相比，NBR具有流动性好、焦烧安全性好、硫化速度快等优良的工艺特性。

（2）综合来看，CR和HNBR的力学性能最好，NBR次之，而ACM和FKM力学性能最差；HNBR、ACM和FKM耐老化性能最好，CR次之，而NBR的耐老化性能最差。

（3）耐油性能从好到坏的排列顺序为：FKM＞NBR4975＞ACM＞HNBR＞NBR3365＞CR。

（4）对于旋转轴唇型密封圈使用寿命，FKM＞ACM＞HNBR＞NBR3365＞NBR4975＞CR。