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空压机配件中弹性体性能的物理基础

发布时间:2013-04-17 22:58

 

  大多数密封空压机配件中弹性体,T低于室温很多。图1-16示出了几种规格的NBR和FPM弹性体的t值的范围。转变虽不剧烈,但或多或少地逐步发生在以弹性为最小的温度为中心的一个温度带上。在该温度带上,弹性体性能更象皮革而不是橡胶。在该温度下工作的橡胶密封不会以和材料远高于t时一样的流体静压力方式传递流体压力,从而导致泄漏。该泄漏在较高温度下消失。 空压机配件弹性体性能的物理基础
  橡胶的这些优点和局限性反映其分子水平的物理结构。这是折叠和扭结的聚合链的三维网络,其间分散着交叉链和有限数量的自由空间。在热能激励下,链段能够围绕一些键并以随机方式旋转。当橡胶伸展时,这些链逐步地被拉直,引起橡胶的超常延展性。同时,由于旋转的链段的横向热运动,存在抗拉直的能力。这种热运动易于将橡胶的两头拉在一起。这一抗拉伸的能力决定弹性模量,结果是弹性模量随热能,即温度的增加而增大。杨氏模量随温度增加的值被人们认同为焦耳一高夫效应。弹性体的应变能∥可从统计热力学简单式导出:
  w =0.5NkT(^i+^;+^;一3) (1一1)式中,A一等为三个方向上的伸展比(应变长度/未应变长度);kT为单位热能(k为渡耳兹曼常数);Ⅳ为单位体积的振动链段数(N/2为交叉链密度);r为绝对温度。量0.5 Nkr等于材料的剪切模量,杨氏模量E=2(1+p)G。
  橡胶的弹性模量与大多数工程材料的弹性模量很不相同。因此,抵抗伸展的弹性阻力直接起因于克服分子间的吸引力所做的功,因此随温度的升高而减小。
  阿特拉斯空压机配件橡胶中,链的热运动仅在有自由空间时才可能:这是上面提到的自由体积。但是,自由体积的存在也提供流体分子因橡胶吸人流体而向橡胶内部扩散的机会,从而引起膨胀:弹性体与某一特定流体接触时膨胀的趋势通过能量进行支配。内聚能密度(CED)是完全分离一种材料(弹性体或液体等)的组成分子所需的能量。如果弹性体和液体内聚能密度值很类似,那么,就会发生膨胀。实际中,所用的量道常是/CED,“溶解度”参数占。各种液体或弹性体的6值可在参考文献中找到。不幸的是,烃类和弹性体在相同范围内倾向于具有7 -t0(cal/em3)o's的溶解度参数,结果具有高的膨胀风险:水的值大约为23,极性化合物女口甲醇的值界于该值和烃类之间;因此这些介质引起膨胀的可能性极小。对于液体的可混合组合,8与成分的浓度成比例。  弹性体复合材料中的自由体积在空间和时间上不是静止的;它的快速振动的链填满一处自由体积并在别处开辟体积时被动态保持着。如果温度依次降低,该动态过程首先放慢,然后停止,材料变得很坚硬。这解释了玻璃态转变温度的存在。高于t时,橡胶性能像液体,低于j时,其性能像过冷液体,即玻璃。在该玻璃态,链被链间的范德瓦尔键刚性锁定,但这些链相对较弱,因此玻璃态和橡胶态之间的转变是可逆的。聚合体链的化学结构影响t,例如,更松散的单体要求有较大的自由体积,而这不常发生,从而提高了t。增塑剂倾向于增加自由体积,从而降低T。。填充物往往具有相对小的影响。
  对空压机配件橡胶的一些重要物理性能的起因的这一简单解释,由于实际工程复合材料的不同组成、制造工艺和化学特性等而变得更加复杂。对于密封中所用的热塑性材料,情况类似,只是因缺乏强的共价交叉链而改变了其行为。因此,当处于稳态载荷时,塑性材料往往会蠕变,除非在聚胺酯这类材料中存在防止这一蠕变并具有类似橡胶性质的合适的弱的范德瓦尔键。

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