覆膜氟橡胶的制备及其耐高温介质性研究

摘要

氟橡胶作为航空油封密封材料，在与油介质长期接触过程中，橡胶的物理、化学性能易下降，密封性降低，因此改善氟橡胶的耐介质性，延长其使用寿命具有重要意义。本研究利用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的优异耐介质性，将其包覆在橡胶表面，来改善橡胶的耐高温介质性。而PTFE和氟橡胶均属于难粘材料，需通过合适方法来改性，因此，本研究采用冷等离子体处理技术和钠－萘溶液法分别对氟橡胶进行表面改性处理，以提高氟橡胶表面粘接性；再使用高温硫化胶黏剂将PTFE薄膜与氟橡胶进行高温硫化，制成覆膜氟橡胶。将覆膜氟橡胶和氟橡胶试样置于150℃的烘箱中，进行高温航空煤油、航空润滑油、热空气介质试验，表征测试了试样的拉伸断面形貌、表面结构以及热性能以及物理性能、拉伸性能；最后以拉断伸长率为评价指标预测了橡胶的使用寿命，以验证改性效果。 氟橡胶经冷等离子体处理后，橡胶表面的无机填料减少，且有明显刻蚀效果；表面具有活性O元素含量升高，而惰性F元素含量降低；在处理工艺（Ar、100 W、20 Pa、1 min）下，橡胶表面润湿性较好，与PTFE间的粘接强度提高到605 N/m。而钠－萘溶液法处理后橡胶表面有网状微细纹，与PTFE间粘接强度达2637 N/m，改性效果显著，但橡胶的基体性能明显受到影响，其力学性能降低29.3%。 经高温介质老化试验后，覆膜氟橡胶和氟橡胶的拉伸断面形貌显示氟橡胶的孔洞数量较多，断裂由韧性断裂变为脆性断裂，而覆膜氟橡胶仍为韧性断裂；DMA结果表明覆膜氟橡胶的回弹性略好；TG分析显示覆膜氟橡胶的热稳定性也稍优于氟橡胶的。覆膜氟橡胶的质量、尺寸、硬度变化幅度较小，氟橡胶的质量、尺寸、硬度明显增加。较纯氟橡胶而言，覆膜氟橡胶的拉伸性能下降幅度略小。综合分析得出，3种高温介质试验后，橡胶受影响的大小顺序为航空煤油>航空润滑油>空气。 以拉断伸长率为指标，通过线性方程预测橡胶使用寿命，结果显示：覆膜氟橡胶在高温航空煤油、航空润滑油、热空气中使用寿命依次为622、667、674 d。氟橡胶使用寿命依次为261、276、310 d。覆膜氟橡胶使用寿命明显高于氟橡胶，说明本研究所制备的覆膜氟橡胶能有效提高氟橡胶耐高温介质性。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 橡胶的改性及研究进展

1.3 橡胶老化及研究进展

1.4 橡胶寿命预测方法

1.5 本文研究目的及主要研究内容

第2章 试验部分

2.1 试验原材料与仪器

2.2 氟橡胶与PTFE表面处理及性能表征

2.3 覆膜氟橡胶和氟橡胶样品的制备

2.4 耐高温介质老化试验

2.5 试验流程

第3章 冷等离子体处理对氟橡胶性能影响

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 钠－萘溶液法处理对氟橡胶的性能影响

4.1 引言

4.2 结果与分析

4.3 本章小结

第5章 覆膜氟橡胶耐高温航空油介质性能

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第6章 覆膜氟橡胶的耐热空气性能

6.1 引言

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

第7章 橡胶寿命预测

7.1 引言

7.2 计算过程

7.3 计算结果

7.4 本章小结

第8章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况

一、攻读硕士学位期间发表的论文及专利

二、攻读硕士学位期间参加科研情况

致谢

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