CN103630676A - 一种橡胶表面氟化改性试验装置 - Google Patents

Abstract

一种橡胶表面氟化改性试验装置，该装置主要包括：二氟化氙气体发生装置、气体流量计、压力表、橡胶表面氟化装置、尾气回收装置、真空泵、电机、二氟化氙气体回收装置、节流阀、不锈钢管、温控面板、加热板、密封圈、橡胶试样放置架等零部件。橡胶试样放置于橡胶试样放置架上，将其处于橡胶氟化装置中，通入一定流量的二氟化氙气体对橡胶试样的表面氟化改性。通过真空泵、节流阀、不锈钢管路对橡胶氟化装置进行抽真空，再利用加热装置对二氟化氙晶体进行一定温度的加热，使其升华为气态，在压力差的作用下，进入橡胶氟化装置中，对橡胶试样进行表面氟化改性。采用本发明可对橡胶进行不同温度和压强条件下的表面氟化改性试验。

Description

一种橡胶表面氟化改性试验装置

技术领域

本发明公开了一种橡胶表面氟化改性试验装置，特别适用于提高橡胶密封件耐磨性能的表面氟化改性研究。橡胶试样表面的氟化改性试验装置解决了如何对橡胶试样在不同的温度和压力下进行表面氟化改性的问题，可以研究温度和压强对表面改性的影响。

背景技术

橡胶，同塑料、纤维并称为三大合成材料，是唯一具有高度伸缩性与极好弹性的高分子材料。橡胶的最大特征首先是弹性模量非常小，而伸长率很高。其次是它具有相当好的耐透气性以及耐各种化学介质和电绝缘的性能。因此，橡胶常常作为密封元件使用。

橡胶密封件在运行过程中，长期浸泡于液体介质，材料表面性能必将受到影响，同时还往往受到液体介质中气体的作用，及其配副的摩擦作用，因此橡胶密封件的表面性能是衡量橡胶元件的重要指标。橡胶密封元件在泄漏和密封这一对矛盾中扮演十分重要的角色，在人类征服自然的过程中不断解决泄漏和密封问题是推动技术进步、防止和减少环境污染的重要途径。橡胶密封件的泄露主要是由于橡胶表面的耐磨性较差引起的，提高橡胶的表面耐磨性能的重要途径是对橡胶表面的化学改性，其中氟化改性是效果较好的一种改性方式，但是直到目前为止还没有一套针对橡胶表面氟化改性的试验装置。

为了进一步研究在不同的工况下橡胶表面氟化改性的特点，进而找到最为合理的改性条件使橡胶表面改性的效果更好，从而提高橡胶表面的耐磨性能，因此本发明设计了一种橡胶表面氟化改性试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橡胶表面氟化改性试验装置，特别适用于提高橡胶密封件耐磨性能的表面氟化改性研究。橡胶试样表面的氟化改性试验装置解决了如何对橡胶试样在不同的温度和压力下进行表面氟化改性的问题，可以研究温度、流速及压强对表面改性的影响。

本发明的技术方案是：

一种橡胶表面氟化改性试验装置，包括二氟化氙气体发生器、橡胶表面氟化器、真空泵、电机、尾气回收器和二氟化氙气体回收器。

二氟化氙气体发生器的出气口通过第一输气管路与橡胶表面氟化器的进气口连接，二氟化氙气体回收器的进气口通过第二输气管路与第一输气管路连接。在第一输气管路上装设有压力表、气体流量计和第一节流阀。第二输气管路上装设有第二节流阀。真空泵的进气口通过抽真空管路与橡胶表面氟化器的出气口连接，真空泵由电机驱动。抽真空管路上分别装设有第三节流阀和第四节流阀。抽真空管路通过第三输气管路与尾气回收器的第一进气口连接。第三输气管路与抽真空管路的连接处位于第三节流阀和第四节流阀之间的抽真空管路段上。抽真空管路通过第四输气管路与尾气回收装置的第二进气口连接。第四输气管与抽真空管路的连接处位于第四节流阀与真空泵的进气口之间的抽真空管路段上。第四输气管路上装设有第五节流阀。第三输气管路上装设有第六节流阀。

二氟化氙气体发生器内设置有第一电加热板和固定支架，固定支架的下端与二氟化氙气体发生器的壳体内腔底壁固定连接。固定支架上设置有陶瓷容器，陶瓷容器内放置有二氟晶体。橡胶表面氟化器的不锈钢壳体由二个固定支架支撑。橡胶表面氟化器内设置有第二电加热板和橡胶试样放置架，橡胶试样放置架上放置有橡胶试样。

尾气回收器内树脂设置有不锈钢管，不锈钢管的上端通过盖板上的进气口与第三输气管路连接。尾气回收器内装有五氟化碘溶液。

二氟化氙气体发生器的顶盖上设有把手，顶盖通过多个锁紧螺钉与二氟化氙气体发生器的壳体连接。

二氟化氙气体回收器内装有五氟化碘溶液。二氟化氙气体回收器的盖板通过多个螺钉固定在二氟化氙气体回收器的上端口处。

真空泵和电机固定在基座上。

二氟化氙气体发生器的外壳体上设有第一温度控制面板，橡胶表面氟化器的不锈钢壳体上设有气密封门和第二温度控制面板。

二氟化氙气体回收器的盖板上设有盖板把手，二氟化氙气体回收器的盖板用多个螺钉固定在二氟化氙气体回收器的上端口处。

本发明的工作原理和工作过程，对照试验装置的主视图（图1）、俯视图（图2）和剖视图（图3），说明橡胶试样放置于橡胶试样放置架上，将其处于橡胶氟化装置中，通入一定流量的二氟化氙气体对橡胶试样进行表面氟化改性的具体步骤如下：

第一步：将橡胶试样放置在橡胶表面氟化装置中。首先打开橡胶表面氟化装置的气密门，可以看到橡胶试样放置架焊接在橡胶表面氟化装置的不锈钢罐体中，其下部安装了橡胶表面氟化装置的加热板，将橡胶试样均匀地放置在橡胶试样放置架上，关闭气密门，并将其锁紧。

第二步：对橡胶氟化装置进行抽真空处理。首先打开第四节流阀、第三节流阀，同时关闭第一节流阀、第二节流阀、第五节流阀，再打开真空泵，电机带动真空泵工作，将橡胶氟化装置的空气通过抽真空管路在真空泵的出气口排出。当抽真空结束后，关闭第四节流阀、第三节流阀。由于在开始工作时，橡胶氟化装置中没有二氟化氙气体，利用专门的抽真空管路对其进行抽真空可以迅速、彻底排除空气中杂质对橡胶表面氟化效果的影响。

第三步：在二氟化氙气体回收装置和尾气回收装置中加入五氟化碘溶液。首先打开二氟化氙气体回收装置的盖板上的锁紧螺钉，利用其把手打开盖板，加入适量的五氟化碘溶液，盖上盖板将锁紧螺钉拧紧。再打开尾气回收装置的盖板上的注液口螺纹堵头，加入适量的五氟化碘溶液，拧紧螺纹堵头。由于二氟化氙气体易溶于五氟化碘溶液中，本发明采用该液体对二氟化氙气体进行回收。

第四步：在二氟化氙气体发生装置中加入二氟化氙晶体。首先打开二氟化氙气体发生装置的盖板上的锁紧螺钉，利用其把手打开盖板，在陶瓷容器中加入适量的二氟化氙晶体，盖上盖板将锁紧螺钉拧紧。

第五步：启动二氟化氙气体发生装置，对橡胶进行表面氟化改性。在开始工作前，要关闭所有的节流阀。启动后使二氟化氙气体发生装置加热板开始工作，对放置于固定架上的陶瓷容器中的二氟化氙晶体进行加热，使其升华为二氟化氙气体；观察压力表4的指数，当其达到了设定值后，手动开启一号节流阀，观察气体流量计的读数，当达到设定值后，停止调节；此时二氟化氙气体在压力差的作用下以一定的流速充满橡胶氟化装置，并对橡胶试样开始进行表面氟化改性；此时，关闭一号节流阀保持稳定的压强，并利用橡胶表面氟化装置的温度控制面板启动橡胶氟化装置中的加热板，设定橡胶氟化装置的加热温度，使橡胶氟化装置保持稳定的温度，这样就完成了在一定的压强和温度下对橡胶的表面氟化改性。

第六步：在关闭第一节流阀后，立即开启第六节流阀，同时关闭二氟化氙气体发生装置，使多余的二氟化氙气体通过气体回收管路进入二氟化氙气体回收装置中，防止在开启二氟化氙气体发生装置1时多余的二氟化氙气体污染环境。

第七步：当达到规定的氟化改性时间后，利用橡胶表面氟化装置的温度控制面板关闭橡胶氟化装置中的加热板，开启第三节流阀、第二节流阀、第五节流阀，开启真空泵，使橡胶氟化装置中剩余的二氟化氙气体及其他有害气体通过出气管路进入尾气回收装置中。防止有害气体对人员的伤害。

第八步：等到规定的时间到了，尾气处理完毕，关闭真空泵，打开橡胶表面氟化装置的气密门，取出氟化改性后的橡胶试样，关闭气密门。试验完毕！

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，可研究橡胶试样在不同温度、不同气体流速、不同压强下的表面氟化性能。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，橡胶氟化装置上的温控面板控制，温度调节范围是30℃—200℃，压强由二氟化氙气体发生装置的温度控制，并由压力表显示，压力范围0-2Mpa。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，在温控面板上设定温度后，通过温度传感器将加热信号传递给加热板，当气体介质温度达到设定值后保温。温控面板上实时显示橡胶表面氟化装置和二氟化氙气体发生装置的气体介质温度。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，在所有部件的盖板上布置了锁紧螺钉和密封垫，形成合适的夹紧力和密闭结构，防止有害气体泄漏；同时在箱体的内胆与外壳之间铺设保温层，减少气体的热损失，具有环保节能的作用。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，其中的橡胶试样放置架、装置的内胆、管路、真空泵及装置的箱体等均采用不锈钢制造，防止受到气体介质的腐蚀。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，试验的气体可选用其他的气体，尾气回收装置中放置可与气体反应的饱和溶液，避免直接排放至大气中，防止气体对环境的污染。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，加热板采用铝合金制造，保证其优良的热传导效率。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，其中的二氟化氙气体发生装置、橡胶表面氟化装置、尾气回收装置等部件均采用分体式设计，便于调整及维修。

所述的橡胶表面氟化改性试验装置，利用六个节流阀相互配合，调整气体的流动方向。实现了对橡胶表面氟化装置的抽真空，橡胶表面的氟化，尾气的回收，多余气体的处置等功能。

橡胶表面氟化改性试验装置的主要技术指标如下：

1．温度范围：30℃-200℃

2．升温速率：10℃/min

3．样品尺寸：尺寸小于200X200mm，厚度2-7mm

4．气体流量：0-50sL/min

5. 压强范围：0-2Mpa

解决了如何对橡胶试样在不同的温度、流速及压强下进行表面氟化改性的问题，对尾气进行了有效回收，减少了对环境的污染。

附图说明

图1是本发明的橡胶表面氟化改性试验装置主视图。

图2是本发明的橡胶表面氟化改性试验装置俯视图。

图3是本发明的橡胶表面氟化改性试验装置剖视图。

具体实施方式

一种橡胶表面氟化改性试验装置，包括二氟化氙气体发生器1、橡胶表面氟化器7、真空泵17、电机18、尾气回收器19和二氟化氙气体回收器21。

二氟化氙气体发生器1的出气口通过第一输气管路3与橡胶表面氟化器7的进气口连接，二氟化氙气体回收器21的进气口通过第二输气管路22与第一输气管路3连接。在第一输气管路3上装设有压力表4、气体流量计5和第一节流阀6。第二输气管路22上装设有第二节流阀23。真空泵17的进气口通过抽真空管路14与橡胶表面氟化器7的出气口连接，真空泵17由电机18驱动。抽真空管路14上分别装设有第三节流阀10和第四节流阀13。抽真空管路14通过第三输气管路11与尾气回收器19的第一进气口连接。第三输气管路11与抽真空管路14的连接处位于第三节流阀10和第四节流阀13之间的抽真空管路段32上。抽真空管路14通过第四输气管路38与尾气回收器19的第二进气口连接。第四输气管38路与抽真空管路14的连接处位于第四节流阀13与真空泵17的进气口之间的抽真空管路段16上。第四输气管路38上装设有第五节流阀15。第三输气管路11上装设有第六节流阀12。

二氟化氙气体发生器1内设置有第一电加热板31和固定支架39，固定支架46的下端与二氟化氙气体发生器1的壳体内腔底壁固定连接。固定支架46上设置有陶瓷容器33，陶瓷容器33内放置有二氟晶体45。橡胶表面氟化器7的不锈钢壳体37由二个固定支架20支撑。橡胶表面氟化器7内设置有第二电加热板44和橡胶试样放置架43，橡胶试样放置架43上放置有橡胶试样42。

尾气回收器19内竖直设置有不锈钢管40，不锈钢管40的上端通过盖板41上的进气口与第三输气管路11连接。尾气回收器19内装有五氟化碘溶液39。

二氟化氙气体发生器1的顶盖24上设有把手25，顶盖24通过多个锁紧螺钉26与二氟化氙气体发生器1的壳体36连接。

二氟化氙气体回收器21内装有五氟化碘溶液34。二氟化氙气体回收器21的盖板28通过多个螺钉固定在二氟化氙气体回收器21的上端口处。

真空泵17和电机18固定在基座27上。

二氟化氙气体发生器1的外壳体上设有第一温度控制面板2，橡胶表面氟化器7的不锈钢壳体37上设有气密封门8和第二温度控制面板9。

二氟化氙气体回收器21的盖板35上设有盖板把手29，二氟化氙气体回收器21的盖板35用多个螺钉30固定在二氟化氙气体回收器21的上端口处。

Claims (2)

1.一种橡胶表面氟化改性试验装置，包括二氟化氙气体发生器（1）、橡胶表面氟化器（7）、真空泵（17）、电机（18）、尾气回收器（19）和二氟化氙气体回收器（21）；其特征在于：

二氟化氙气体发生器（1）的出气口通过第一输气管路（3）与橡胶表面氟化器（7）的进气口连接，二氟化氙气体回收器（21）的进气口通过第二输气管路（22）与第一输气管路（3）连接；在第一输气管路（3）上装设有压力表（4）、气体流量计（5）和第一节流阀（6）；第二输气管路（22）上装设有第二节流阀(23)；真空泵（17）的进气口通过抽真空管路(14)与橡胶表面氟化器(7)的出气口连接，真空泵（17）由电机（18）驱动；抽真空管路（14）上分别装设有第三节流阀（10）和第四节流阀（13）；抽真空管路（14）通过第三输气管路（11）与尾气回收器（19）的第一进气口连接；第三输气管路（11）与抽真空管路（14）的连接处位于第三节流阀（10）和第四节流阀（13）之间的抽真空管路段（32）上；抽真空管路（14）通过第四输气管路（38）与尾气回收器（19）的第二进气口连接；第四输气管路（38）与抽真空管路（14）的连接处位于第四节流阀（13）与真空泵（17）的进气口之间的抽真空管路段（16）上；第四输气管路（38）上装设有第五节流阀（15）；第三输气管路（11）上装设有第六节流阀（12）；

二氟化氙气体发生器（1）内设置有第一电加热板（31）和固定支架（46），固定支架（46）的下端与二氟化氙气体发生器（1）的壳体内腔底壁固定连接；固定支架（46）上设置有陶瓷容器（33），陶瓷容器（33）内放置有二氟晶体（45）；橡胶表面氟化器（7）的不锈钢壳体（37）由二个固定支架（20）支撑；橡胶表面氟化器（7）内设置有第二电加热板（44）和橡胶试样放置架（43），橡胶试样放置架（43）上放置有橡胶试样（42）；

尾气回收器（19）内竖直设置有不锈钢管（40），不锈钢管（40）的上端通过盖板（41）上的进气口与第三输气管路（11）连接；尾气回收器（19）内装有五氟化碘溶液（39）；

二氟化氙气体回收器（21）内装有五氟化碘溶液（34）。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶表面氟化改性试验装置，其特征在于：

二氟化氙气体发生器（1）的顶盖（24）上设有把手（25），顶盖（24）通过多个锁紧螺钉（26）与二氟化氙气体发生器（1）的壳体（36）连接；

二氟化氙气体回收器（21）的盖板（28）通过多个螺钉固定在二氟化氙气体回收器（21）的上端口处；

真空泵（17）和电机（18）固定在基座（27）上；

二氟化氙气体发生器（1）的外壳体上设有第一温度控制面板（2，橡胶表面氟化器（7）的不锈钢壳体（37）上设有气密封门（8）和第二温度控制面板（9）；

二氟化氙气体回收器（21）的盖板（35）上设有盖板把手（29），二氟化氙气体回收器（21）的盖板（35）用多个螺钉（30）固定在二氟化氙气体回收器（21）的上端口处。

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