丁腈橡胶在海水中冲蚀磨损行为试验研究

发布时间：2020-10-29 16:15

　　 磨损失效是工业设备中橡胶部件的主要失效原因,作为一种极端复杂的现象,材料的磨损受到诸多因素的制约,它不仅取决于材料自身的特性,同时还受制于它所在的摩擦学系统(包括环境)中多方面因素的相互影响与相互作用。迄今为止,橡胶材料的摩擦磨损行为一直是摩擦学领域的研究重点,而对其冲蚀磨损行为的研究却难成体系,关于环境因素对橡胶材料自身耐冲蚀特性的影响更鲜有报道。本文以丁腈橡胶为研究对象,模拟海洋环境,利用试验手段,对其冲蚀磨损行为进行了研究,旨在探讨丁腈橡胶在该环境中的冲蚀磨损特性,了解其冲蚀磨损行为,揭示其冲蚀磨损机理,并试图在此基础上改进配方以提高其耐冲蚀磨损性能。本文提出了试验用丁腈橡胶的基本配方,据此制备了三种不同丙烯腈含量的丁腈橡胶试件(N18、N26和N41)并对其本征性能进行了表征。为了更真实地模拟海洋环境,设计并制造了针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机,该试验机能够满足试验所需工况,且具有冲击速度可控、冲击角度可调、喷嘴形状可选、渣浆浓度可变等特性,在进行试验之前利用重复性试验对试验机的准确性进行了验证。为了更好地阐述海水对丁腈橡胶性能的影响,选择去离子水为参照物,对制备的三种丁腈橡胶试件在去离子水溶液中的溶胀行为和水浆冲击条件下的冲蚀磨损行为进行了试验研究,并分析了其在受到水浆冲击时的溶胀和冲蚀机理。将这一部分试验作为标准实验,将其结果与丁腈橡胶试件在氯化钠溶液中的冲蚀、溶胀结果进行对比,从而更直观地说明海水对丁腈橡胶耐冲蚀性能的影响。用摩尔浓度为3.5%的氯化钠溶液模拟海水,以石英砂为冲击粒子,对丁腈橡胶试件进行了溶胀和渣浆冲击试验。试验结果表明氯化钠溶液对丁腈橡胶试件物理性质、表面成分、耐溶胀以及冲蚀性能存在一定影响,分析了氯化钠溶液中的氯离子和钠离子在丁腈橡胶内部的扩散行为,阐述了氯化钠溶液影响丁腈橡胶耐溶胀与冲蚀性能的机理,并深入探讨了溶胀和冲蚀间的相互作用。根据实际工况,选择不同粒径(20目、28目、35目、48目、65目、80目和100目)的粒子以不同的冲击角度(15°、30°、45°、60°、75°和90°),在氯化钠渣浆冲击条件下,对丁腈橡胶试件进行冲击试验,分别研究了冲击粒子的粒径与冲击角度对丁腈橡胶试件冲蚀磨损特性的影响。试验结果表明冲击粒子的粒径或渣浆的冲击角度均会对丁腈橡胶试件的冲蚀率、表面磨痕形貌及粒子的运动轨迹均产生不同程度的影响,对出现这一现象的原因进行了分析并对其机理进行了阐述。为了提升丁腈橡胶在海洋环境中的耐溶胀及冲蚀磨损性能,基于上述试验研究与分析,对丁腈橡胶配方进行了优化。选取纳米氧化锌代替原有的硫化活性剂,选择硅烷偶联剂KH550对丁腈橡胶试件进行了表面改性,并对其物理性能、力学性能、硫化特性以及在氯化钠溶液中的耐溶胀、耐冲蚀性能进行了试验研究。发现纳米氧化锌的加入使得丁腈橡胶的本征性能以及耐冲蚀、溶胀性能均有一定程度的提高,最后对其性能提升的机理进行了阐述。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ333.7
【部分图文】：

在两种条件下，冲击角度对于材料冲蚀磨损行为的影响也完全不同。根据流体运动学理论，当流体撞击材料表面后，受其自身特性与材料表面张力的影响，流体将沿着被冲击表面铺展，如图1.1所示，此时冲击粒子与被冲击表面之间出现一层由液体形成的液膜，它会降低粒子的冲击速度甚至改变粒子的运动轨迹。图 1.1 渣浆冲击靶材表面示意图Fig. 1.1 Schematic of the slurry impact on the surface of target material在冲击过程中，受流体粘性及运动方向的影响，冲击粒子的运动轨迹将沿 V1或 V2方向偏移，如图所示，如果粒子沿 V1方向偏移那么这一部分粒子的实际冲击角度将小于名

第 1 章 绪论在冲蚀磨损中所起的作用是有限的，面脱落才是影响冲蚀磨损的主要因中粒子冲击靶材时与材料表面接触触时冲击粒子受到四种作用力的影来的拖拽力、粒子-粒子之间碰撞产

图 1.2 渣浆中粒子与靶材表面接触受力示意图chematic of the contact force between particles and targ料冲蚀磨损的两种主要机制，两者的主要区别产生多由于材料表面受到球型粒子的冲击，尖锐夹角粒子的冲击，如图 1.3 所示。型粒子 b 有角粒子
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本文编号：2861147