原油介质中FKM/NBR混炼胶磨损行为研究

在MPV-600型磨粒磨损试验机上研究相同硬度的氟橡胶和丁腈橡胶及其配比为5∶5和2∶8的混炼胶试样在原油介质润滑条件下的磨损行为,分析在不同载荷、转速下混炼橡胶与金属摩擦副的动态摩擦磨损特性,以期得到性能优异的FKM/NBR混炼胶用于螺杆泵定子。利用体式显微镜观察橡胶试样的磨损形貌,初步分析其磨损机制。结果表明:在原油润滑条件下配比为2∶8的混炼胶具有较低的磨损量和较小的稳态摩擦因数,其磨损量略高于氟橡胶;在原油润滑条件下丁腈橡胶的磨损机制是以磨粒磨损为主,而混炼胶和氟橡胶则以疲劳磨损为主。     

原油温度对丁腈橡胶溶胀及耐磨损性能的影响

随着开采深度的增加,原油的温度逐渐上升,必然影响螺杆泵定子橡胶的溶胀及磨损行为。研究3种丙烯腈结合量的丁腈橡胶（N18、N26、N41）在不同温度原油介质中溶胀行为,并采用MPV 600 环块试验机研究溶胀后丁腈橡胶磨损行为,初步探讨温度对橡胶溶胀及磨损行为的影响。结果表明：随温度的升高原油浸泡后N18及N26质量变化率基本成线性增加,而 N41质量变化率却略有下降;N18和N26硬度随着原油浸泡温度的升高逐渐下降,而N41橡胶的硬度基本维持不变;丁腈橡胶随着原油浸泡温度的增加磨损量增加,而摩擦因数却逐渐下降;随着丁腈橡胶中丙烯腈结合量的增加,分子键间作用力增强,具有较好的耐溶胀和耐磨性能。     

干摩擦和原油润滑下丁腈橡胶、氟橡胶磨损行为研究

原油开采用螺杆泵的橡胶定子在干摩擦和原油润滑条件下的磨损行为直接关系到其密封性能和使用寿命。采用MPV-600环块试验机在室温条件下研究橡胶定子常用的丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FPM)在干摩擦和原油润滑下的磨损行为,并初步探讨其磨损机制。结果表明:干摩擦低载荷下,NBR的磨损量略低于FPM;而在高载荷下,由于摩擦生热致使NBR硬度降低发生黏着磨损,使其磨损量大幅度增加,磨损量远大于FPM。原油润滑下,由于剪切力和摩擦热的降低,NBR的磨损量低于FPM。     

潜油螺杆泵定子橡胶摩擦磨损行为研究

采用MPV-600型微机控磨粒磨损试验机考察了潜油螺杆泵定子丁腈橡胶(NBR)和氟橡胶(FPM)与转子45#钢配副在干摩擦条件下的磨损行为,并用扫描电子显微镜-X射线能量散射分析(SEM-EDXA)法对橡胶的磨痕表面形貌、元素含量进行分析。结果表明:两种橡胶在低载荷条件下的干摩擦磨损主要是以滞后摩擦为主,而较高载荷时NBR的磨损机制表现为粘着磨损;橡胶磨损的物理过程为微切削作用产生的微观分子断裂,随着载荷的增大,宏观分层剥落逐渐起主导作用;干摩擦过程中橡胶分子链发生断裂形成大分子自由基,大分子自由基异构化并发生氧化反应。     

封隔器胶筒变形稳定性分析

建立封隔器胶筒的有限元分析模型,模拟胶筒的变形过程,对氢化丁腈橡胶(HNBR)胶筒在自由变形与约束变形阶段的稳定性进行分析。分析不同高径比下,HNBR、丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FKM)和聚氨酯橡胶(PU)4种材料在自由变形阶段所需要的使胶筒与套管刚好接触的最小载荷,以及约束变形阶段使胶筒变形从不稳定到稳定所需稳定载荷值。结果表明:高径比与材料的差异会使胶筒在自由与约束变形阶段出现稳定变形与不稳定变形两种分化现象;不同的高径比下,材料差异对自由变形阶段所需的最小载荷及约束变形阶段所需载荷的变化趋势影响不明显,但对载荷值有显著影响;4种材料中,PU材料对自由变形阶段所需要的使胶筒与套管刚好接触的最小载荷,及约束变形阶段使胶筒变形从不稳定到稳定变形所需载荷值最高,然后依次是HNBR、NBR和FKM。HNBR与NBR在高径比小于1.234,FKM与PU在高径比小于1.225时,不会出现胶筒不稳定变形的情况。     

实时温度和磨粒条件下氟橡胶密封圈摩擦磨损特性研究

橡胶密封件的磨损失效严重影响了其使用寿命,而井下钻进时地层温度导致的密封件力学性能衰减和岩屑侵入导致的材料磨损失效都是加剧橡胶密封件失效的重要因素。为探讨氟橡胶（FKM）密封件在实时温度环境和磨粒条件共同作用下的磨损失效机制,通过模拟井下实际工况,研究实时温度对氟橡胶密封件力学性能的影响,开展实时温度下氟橡胶密封件与SS304钢配副的磨粒磨损实验,探究橡胶力学性能变化导致温度和磨粒条件下FKM/SS304配副接触形式转变的原因,并分析氟橡胶密封件磨损机制变化以及对摩擦因数、磨损量以及配副表面磨损形貌等的影响。结果表明：氟橡胶硬度、弹性模量等力学性能指标在实时温度升高至60 ℃时发生明显衰退,力学性能的衰退使密封副之间的接触形式由三体接触转变为二体接触;橡胶表面磨损形貌由60 ℃之前的三体磨损导致的凹坑转变为二体磨损时的表面材料剥离,金属表面磨损形貌也由犁沟为主转变为划痕损伤;橡胶磨屑形貌也因磨损机制变化逐渐转变成条状磨屑。研究结果为井下钻进机具密封件材料的选择及性能优化提供依据。     

不同填料氟橡胶复合材料高温性能研究

为提高氟橡胶(FKM)高温性能,在FKM中分别加入相同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)、气相二氧化硅(SiO2)、纳米氧化锌(Nano-ZnO),采用机械共混法制备3种FKM复合材料;研究常温和160℃高温下3种填料对FKM复合材料力学性能的影响,结合三维形貌和扫描电镜微观形貌,分析FKM复合材料的摩擦磨损机制。结果表明:PTFE填料降低了FKM材料的力学性能,但可提高其高温摩擦性能;Nano-ZnO填料可提高FKM材料常温力学性能,但对高温力学及摩擦性能没有明显改善;Silica填料可显著改善FKM材料常温与高温条件下的抗磨减摩、抗拉伸撕裂等特性;160℃试验条件下,Silica填料可使FKM材料的拉伸强度提高31%,撕裂强度提高142%,摩擦因数降低52%,磨损量减少36.4%;在FKM中添加Silica可提高基体强度,高温摩擦时形成熔融层,使复合材料具有优异的耐磨性能。     

石墨和二硫化钼填充氟橡胶的摩擦磨损特性研究

研究了石墨和二硫化钼填充量对氟橡胶(FKM)的摩擦磨损性能的影响, 并用扫描电子显微镜和热重分析仪分析了石墨和二硫化钼填充氟橡胶(FKM)的磨损表面和热稳定性.结果表明,石墨和二硫化钼的加入提高了FKM的摩擦磨损性能与热稳定性;随着石墨和二硫化钼用量的增大,复合材料的摩擦因数和磨损量先降后升;当石墨和二硫化钼质量分数分别为3%和5%时,复合材料的摩擦磨损性能最佳;当二硫化钼填充量为10%时,氟橡胶的热分解温度比未添加润滑剂的氟橡胶提高了7 ℃左右.     

氟橡胶/三元乙丙橡胶密封材料的制备及性能研究

氟橡胶(FKM)具有耐高温、耐化学腐蚀以及摩擦因数和表面能较低等特点,是一种在特殊环境有较高应用价值的密封材料,但其弹性和耐寒性能较差、加工性不良,且价格昂贵。采用三元乙丙橡胶(EPDM)与其并用,可在改善低温和加工性能的同时,降低成本。通过万能材料试验机、阿克隆磨耗仪及老化箱考察硫化体系、FKM/EPDM配比及吸酸剂对硫化胶的耐磨、耐腐蚀、耐油等性能的影响。结果表明:采用双硫化体系能获得性能良好的FKM/EP-DM并用硫化胶;当FKM/EPDM并用胶的配比为3∶1,双酚AF质量分数为2.5%,BPP为0.4%,DCP为1.5%,TAIC为4%时,能充分发挥EPDM的优势,FKM的性能得到改善,同时成本降低;高活性氧化镁(吸酸剂)的加入,减少了在硫化过程中大分子的降解,可提高硫化胶的性能,其较佳用量为1.5%。     

溶胀对水润滑下丁腈橡胶二体滑动磨损行为的影响*

丁腈橡胶(NBR)在水介质中工作时会发生溶胀和磨损,为研究溶胀老化对丁腈橡胶滑动磨损行为的影响,对低、中、高3种不同丙烯腈含量丁腈橡胶试样进行不同浸泡时间的静态溶胀处理,采用MPV-600型磨损试验机分别对溶胀老化前后的丁腈橡胶样品进行水润滑单向滑动磨损测试,并通过扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌及磨损机制进行分析。结果表明:与未溶胀丁腈橡胶的滑动磨损相比,在溶胀的影响下丁腈橡胶的摩擦因数减小,磨损量增大;橡胶试样72 h内溶胀影响明显,72 h后趋于稳定;3种丁腈橡胶试样受溶胀的影响程度随着丙烯腈含量的增加而减小;溶胀后丁腈橡胶分子链弹性的降低和孔洞缺陷的出现导致磨损行为更易发生。     

凹凸棒/石墨协同改性氟橡胶复合材料摩擦磨损性能

利用机械共混和热模压工艺制备凹凸棒(ATP)/石墨(GP)/氟橡胶(FKM)纳米复合材料,分析其硫化历程、拉伸强度和扯断伸长率,通过摩擦性能试验和摩擦面形貌观察,研究其摩擦特性。结果表明:随着纤维状ATP的添加,复合材料的表观交联密度和拉伸强度提高;当FKM复合材料中GP和ATP的添加比例为3∶1时,FKM复合材料具有较低摩擦因数和磨损率。在滑动摩擦过程中,氟橡胶摩擦面剥离的ATP和GP与FKM形成转移膜,而ATP的嵌入使得转移膜强度增加,因此合适的2种填料比率能够增强FKM复合材料的摩擦特性。     

宽阻尼温域减震纳米偏高岭土共混氟橡胶复合材料的制备及研究*

为了拓宽氟橡胶宽阻尼温域和提高其阻尼性能,利用熔融共混法,将不同比例的纳米偏高岭土（NMK）填充到氟橡胶(FKM)基体中,制备一系列NMK/FKM纳米复合材料,并对不同质量分数NMK的NMK/FKM纳米复合材料进行动态力学热分析、基本力学性能测试和扫描电镜分析,研究其阻尼性能、静态力学性能和微观结构。结果表明：纳米偏高岭土填料可以明显改善氟橡胶的阻尼性能、拉伸强度;随着纳米偏高岭土填充份数的增加,NMK/FKM纳米复合材料的阻尼性能不断改善;当NMK质量分数为20%时,复合材料的宽阻尼温域最大,为79.41 ℃,拉伸强度达到12.8 MPa,相比纯FKM分别增大了217.64%和43.82%。其原因是NMK为纳米级材料,在提供弱的阳离子交换性和强离子吸附性方面有独特优势,在增强NMK与FKM分子间相互作用方面可能提供了一定的作用。     

纳米氧化锌填充丁腈橡胶摩擦磨损机制研究

利用机械共混与热模压工艺制备四针氧化锌与纳米氧化锌填充丁腈橡胶(NBR),采用硫化仪和硬度仪分析2种氧化锌填充NBR材料的特性,采用CFT-I型多功能表面综合测试仪研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,采用三维形貌仪、SEM/EDS联用对磨损后橡胶表面进行分析,探讨氧化锌在NBR中的摩擦磨损机制。结果表明:与四针氧化锌相比,添加纳米氧化锌可使胶料的焦烧时间与正硫化时间缩短,且可使胶料密度和硬度增大;添加纳米氧化锌的胶料表现出优异的耐摩擦磨损性能,与添加四针氧化锌的胶料相比,其磨损量减少了45.8%,平均摩擦因数降低了2.4%;摩擦过程中纳米氧化锌磨屑堆积能够抵抗外界载荷压入胶料表面,致使摩擦因数存在骤然减小现象;含纳米氧化锌胶料磨损机制为磨料磨损与轻微的黏着磨损,而含四针氧化锌胶料的磨损机制为严重的磨粒磨损与黏着磨损。磨损表面元素分析表明,纳米氧化锌在胶料中Zn元素分布得更为均匀,在摩擦过程形成了致密摩擦膜。     

含不同类型氧化锌丁腈橡胶的干摩擦行为研究

制备普通氧化锌与纳米氧化锌填充的丁腈橡胶(NBR),分析氧化锌类型对NBR材料特性及物理机械性能的影响。在MPV-600型磨粒磨损试验机上研究氧化锌类型对NBR摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜对磨损表面形貌进行观察,分析其磨损机制。结果表明:与普通氧化锌硫化胶相比,纳米氧化锌可使NBR的拉伸强度、定伸应力进一步提高;加入纳米氧化锌的NBR的最大转矩提高,焦烧时间与正硫化时间都较普通氧化锌的缩短;添加纳米氧化锌的NBR的耐摩擦磨损性能优异,这主要归因于其具有更大的交联密度与较高的体系硬度。添加纳米氧化锌的NBR的磨损机制为磨料磨损和少量的黏着磨损,而添加普通氧化锌的NBR的磨损机制为磨料磨损和严重的黏着磨损。     

油润滑下炭黑增强丁腈橡胶的溶胀与磨损行为

选用添加不同炭黑份数的丁腈橡胶,利用挂片试验装置和往复摩擦磨损试验机,分别研究油润滑下其静态溶胀和磨损行为,探讨其在油润滑下发生磨损的临界载荷。结果表明:随着炭黑份数的增加,丁腈橡胶的硬度、抗拉强度和润湿角增加,溶胀质量变化率降低,相同试验条件下橡胶试样的摩擦因数和磨损量均降低;载荷较低时橡胶不发生磨损,当载荷增大到临界值时橡胶才发生磨损且磨损量随载荷增加而增加;随着炭黑份数的增加,橡胶试样发生磨损的临界载荷也增大。     

溶液共混母胶法制备纳米石墨/氢化丁腈橡胶复合材料的性能

采用溶液共混母胶法制备了纳米石墨/氢化丁腈橡胶(HNBR)复合材料,研究了其微观结构、硫化性能、力学性能、耐磨性能等,并将其与采用传统机械共混法制备得到的复合材料进行对比.结果表明:溶液共混母胶法可使纳米石墨更加均匀地分散在HNBR基体中;与传统机械共混法相比,用溶液共混母胶法制备的复合材料的硫化性能和力学性能更优,最...     

橡胶材料-增韧氧化锆陶瓷摩擦副磨粒磨损试验研究

采用销—盘摩擦磨损试验机对聚氨酯橡胶(UR)、丁腈橡胶(NBR)与增韧氧化锆陶瓷(TZC)摩擦副磨粒磨损进行了试验研究。研究结果表明，在同一工况下两种橡胶材料的磨损量都与时间及液相中SiO2含量成正比，且UR较NBR具有更高的抗磨性。本试验结果对石油钻井机械中摩擦副的选材有参考价值。     

高温磨粒条件下氟橡胶圈摩擦特性研究

为研究井下高温与磨粒环境对氟橡胶(FKM)密封性能的影响,对氟橡胶圈进行100～200℃的高温处理,同时以304不锈钢和氟橡胶为摩擦副,在高温及无磨粒和有磨粒条件下开展氟橡胶摩擦特性研究,并使用扫描电镜(SEM)观察橡胶表面的磨痕,使用光镜观测不锈钢表面的磨痕。结果表明:随着氟橡胶试件处理温度的增加,其摩擦因数变化范围随之减小;在有磨粒条件下,随着氟橡胶处理温度的增加,橡胶表面的磨痕由划痕为主转变为凹坑为主,304不锈钢表面的磨痕由以犁沟为主转变为凹坑为主,这是因为,氟橡胶处理温度增加,橡胶表面硬度等性能发生了不同变化,摩擦过程中使磨粒发生不同程度的破裂,且使磨粒的主要运动形式发生改变,因而在氟橡胶和304不锈钢表面产生了不同的磨痕。     

硫化温度对丁腈橡胶力学及摩擦学性能的影响

研究低温硫化(100~150℃)对丁腈橡胶物理性能及摩擦磨损行为的影响,运用扫描电镜对丁腈橡胶磨损表面形貌进行分析,探讨不同硫化温度丁腈橡胶的磨损机制。结果表明:随着硫化温度的升高,硫化胶的物理性能(交联密度、拉伸强度、硬度)呈现先升高后下降的趋势,在硫化温度为120℃时,胶料具有较好的综合性能;随着硫化温度的升高,硫化胶的磨损量先减小后增大,在硫化温度为120℃时胶料的磨损量最低,摩擦因数也最低且最稳定;120℃硫化胶的磨损机制主要为磨料磨损,而其他温度硫化胶为更严重的黏着磨损,因此,120℃硫化胶具有优异的抵御黏着磨损的能力。     

硫化温度对丁腈橡胶性能的影响及其磨损行为研究

研究低温硫化 (100~150 ℃)对丁腈橡胶物理性能及摩擦磨损行为的影响,运用扫描电镜对丁腈橡胶磨损表面形貌进行分析,探讨不同硫化温度丁腈橡胶的磨损机制。结果表明：随着硫化温度的升高,硫化胶的物理性能（交联密度、拉伸强度、硬度）呈现先升高后下降的趋势,在硫化温度为120 ℃时,胶料具有较好的综合性能;随着硫化温度的升高,硫化胶的磨损量先减小后增大,在硫化温度为120 ℃时胶料的磨损量最低,摩擦因数也最低且最稳定;120 ℃硫化胶的磨损机制主要为磨料磨损,而其他温度硫化胶为更严重的黏着磨损,因此,120 ℃硫化胶具有优异的抵御黏着磨损的能力。