CN104316446B - 一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法，该装置可用于测定二甲醚在橡胶密封圈中的扩散系数以及一定时间内气、液态二甲醚通过橡胶密封圈的渗透泄漏率。包括壳体和密封端盖两个主要部分，壳体上布置有燃料充、放接口；端盖上布置内外两处端面密封，内侧密封件为橡胶密封圈，外侧密封件为聚四氟乙烯密封圈，装置在只安装内侧橡胶密封圈时用来测试气、液态二甲醚通过此橡胶密封圈的渗透泄漏率，在只安装聚四氟乙烯密封圈时壳体内放置橡胶密封圈试样，测试二甲醚在试样中的扩散系数；综合扩散系数和渗透泄漏率测试结果，可以全面评价橡胶密封圈耐二甲醚燃料渗透扩散性能。

Description

一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体涉及一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法。

背景技术

二甲醚(DME)简称甲醚，可从煤、天然气及生物质等原料中规模化生产，是一种来源广泛、燃烧高效清洁的新型能源，可用于替代柴油和液化石油气用作车用燃料和民用燃气。考虑到我国“富煤少油缺气”的能源结构，发展煤基二甲醚燃料可以有效缓解当前国内能源供应的紧张局面，同时也将大大降低有害燃烧排放物对环境的污染，因此近年来备受关注。

国内二甲醚产业近年来迅速发展，已有每年千万吨级的产能积累，目前，影响二甲醚能源化普及的技术瓶颈在于密封材料选型问题，二甲醚对常规橡胶密封材料具有较强腐蚀性，同时由于其分子链长度短，较易通过密封材料内部组织渗透扩散，带来燃料储存、运输以及在车辆上实际应用中的安全隐患。实验发现，发动机供油系统的的橡胶密封圈在接触二甲醚一段时间后，出现明显密封失效现象，严重影响到发动机的工作稳定性及可靠性。同样，在液化石油气掺混二甲醚复合燃料的市场供应中，也普遍出现了钢瓶角阀密封圈腐蚀问题，2008年初，国家燃气用具质量检验中心实验证实，随着液化气中掺混二甲醚比例的增加，钢瓶阀门密封圈的外形尺寸变形明显，密封性能降低，易导致漏气现象。2010年3月，由于密封泄漏导致的广东省二甲醚“封杀”事件更是引起社会各界乃至国家部门的关注，致使市场上二甲醚严重滞销，2012年整个行业的开工率不到30％。为化解产品滞销与市场潜在需求旺盛之间的尖锐矛盾，规范整个二甲醚行业的发展秩序，当前急需解决二甲醚密封橡胶件选型这一瓶颈技术问题。

国内外学者就二甲醚对密封橡胶的溶胀腐蚀性问题已开展一定研究，方法上主要以实验为主，但扩散渗透方面开展的工作极为有限，日本二甲醚协会的Nishimoto实验证实：二甲醚在不同密封橡胶中的泄漏状况有所不同，与同为小分子燃料的LPG相比，在同种常规密封橡胶中二甲醚的泄漏率远大于LPG，可见二甲醚的泄漏问题不容忽视。

当前国内外尚无专用二甲醚密封橡胶材料，实际应用中均针对市面上的现有橡胶来进行实验，确定满足二甲醚密封要求的橡胶件。当前各研究机构针对甲醚与橡胶相互作用的实验装置不尽相同，其实验结果相互之间缺乏可对比性。国家有关标准中对于橡胶在液体中浸泡的实验装置主要针对不易挥发的液体溶剂，对二甲醚这类的高沸点燃料实验装置无具体要求，造成橡胶密封件耐二甲醚选型实验难以开展。因此，基于现有二甲醚燃料化应用中的橡胶密封件选型实际问题，考虑到实验开展的可行性与实验结果可对比性，开发一种专用于测试橡胶耐二甲醚渗透扩散性能的实验装置是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种实验可行性和实验结果可对比性高的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法。

为了实现上述目的，本发明实验装置采取如下的技术方案：

包括圆柱状壳体，其一端开口且连接圆盘形的端盖，形成密封的实验腔室；

所述壳体的圆柱两侧壁上分别开孔且向外延伸设置第一充放接口和第二充放接口，所述第一充放接口和端盖之间的距离小于第二充放接口和端盖之间的距离；第一充放接口连接二甲醚储存罐，第二充放接口连接二甲醚回收罐，或第一充放接口连接二甲醚回收罐，第二充放接口连接二甲醚储存罐；

所述端盖与壳体相连的位置上设置环形的内密封圈槽。

所述端盖上还设置有与内密封圈槽同心的外密封圈槽。

所述外密封圈槽内安装聚四氟乙烯材料制成的密封圈。

所述壳体的开口端为圆环，其内径与壳体内径相同，外径大于壳体外径，且和端盖的直径相同。

所述壳体和端盖通过6个M12C级螺栓连接，所述螺栓均布在圆环及端盖上。

所述实验腔室中安装有活动的侧截面为“井”状的不锈钢样品支架，其中间部分为圆柱形笼式网格结构，其底面半径大于等于30mm，高度大于等于25mm，网格大小为7×7mm；圆柱两端包括长度不小于10mm的支脚架；圆柱侧面包括上下两个圆环状支架，且其上各点至圆柱的距离不小于5mm。

所述第一充放接口和第二充放接口设置在壳体对称的侧壁上，且第一充放接口和第二充放接口上设置螺纹，两个接口和二甲醚储存罐、二甲醚回收罐之间均设置阀门。

所述端盖与壳体相连的侧面上设置有圆筒形定位装置，且其外径等于壳体的内径。

所述壳体和端盖所用材料为不锈钢，耐压极限为5MPa。

本发明测试方法的技术方案是：所述测试包括测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能、测试橡胶密封圈耐液体二甲醚渗透性能和测试橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能；

所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能包括以下步骤：

步骤一，在室温状态下，测量橡胶密封圈试样的质量，并记录其数据，利用样品支架将待测橡胶密封圈试样放置在壳体与端盖密封连接形成的实验腔室内，测试实验腔室质量；

步骤二，将二甲醚储存罐与第一充放接口连接，将第二充放接口与二甲醚回收罐连接后搁置在水平面上；

步骤三，向实验腔室内填充液体二甲醚，至实验腔室质量减去步骤一中的实验腔室质量的差值不小于10g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据；

步骤四，将实验腔室搁置在恒温水浴中浸泡，保持实验所需温度并记录温度值；浸泡时间为：

7d±2h,7d±2h的整数倍；

步骤五，取出实验腔室，从中取出橡胶密封圈试样，快速擦干橡胶密封圈试样，每隔30秒记录一次橡胶密封圈试样的质量；

步骤六，利用公式

$\frac{M_t}{M_{\∞}}=1-\underset{0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{4}{r^2{\mathrm{\α}}_n^2}\exp (-D{\mathrm{\α}}_n^{2}t)$

其中M_t表示t时刻橡胶密封圈试样的质量，M_∞表示经过无限长的时间橡胶密封圈试样的质量，r表示橡胶密封圈试样的截面半径；

其中α由公式J_o(rα_n)＝0及公式定义，

Jo(x)为一阶贝塞尔函数；β表示rα₁，处理数据并对数据进行线性回归，得到y＝ax+b，其中x＝t，则斜率a就可以表征扩散系数的大小，从而检验对比出橡胶密封圈试样耐液体二甲醚扩散的性能；

所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚和气体二甲醚渗透性能包括以下步骤：

步骤一，在室温状态下，将待测橡胶密封圈试样安装在内密封圈槽内，将壳体与端盖连接形成实验腔室，测试实验腔室质量；将二甲醚储存罐与第一充放接口连接，将第二充放接口与二甲醚回收罐连接，将实验腔室搁置在水平面上，进行橡胶密封圈耐液体二甲醚渗透性能测试；

或者在保证实验室温度及压力为标准状态下，将橡胶密封圈试样安装在内密封圈槽内，将壳体与端盖连接形成实验腔室，测量实验腔室质量；将二甲醚储存罐与第二充放接口连接，将第一充放接口与二甲醚回收罐连接，将实验腔室反向搁置在水平面上，进行橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能测试；

步骤二，向实验腔室内填充液体二甲醚，至实验腔室质量减去步骤一中实验腔室质量的差值不小于10g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据；

步骤三，搁置24h，测量实验腔室的质量并计算质量减少量以及液体二甲醚对橡胶密封圈试样的泄漏率，得出橡胶样品耐二甲醚渗透的性能。

相对现有技术来说，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过壳体和端盖形成密封的实验腔室，并在实验腔室上开设两个充放接口，通过充放接口外接二甲醚储存罐和二甲醚回收罐来形成实验测试条件，两个充放接口的高低不同，可以准确控制二甲醚的添加量，进行多组对比时，可实现统一的二甲醚添加量；并且设置了内密封圈槽，可以用来放置密封圈，密封以防止二甲醚泄露，或放置橡胶样品，测试其耐二甲醚渗透的性能。本发明实验装置可以用于多项实验研究，从而可以简便地测量出二甲醚通过橡胶样品的泄漏量，并比较出橡胶耐二甲醚渗透性能的好坏；同时这样提高了装置的可利用率。本发明采用三元乙丙橡胶、丁腈橡胶和硅橡胶三种橡胶样品进行实验，最终结果和相似相容原理吻合，所以本发明实验装置具有实验可行性和有效性；本发明实验装置的结构轻便，而且使用方便，操作简单，可以同时使用多个装置在相同的环境进行实验，从而保证了对比实验有相对相同的实验条件，所以实验结果可对比性极高，而且可以节省大量实验时间。本发明可用于测试橡胶耐二甲醚或二甲醚溶液的性能。

进一步，设置外密封圈槽，相对内密封圈槽远离二甲醚，在完成橡胶样品扩散实验时，将密封圈安装在外密封圈槽中，能够在密封的同时，更好地保护密封圈。

进一步，采用聚四氟乙烯密封圈，能更好地防止二甲醚泄露，其密封效果更好。

进一步，采用样品支架，扩散实验时，可将橡胶样品放在样品支架的笼中，其采用网格且网格较大，减少了与样品的接触面积，接触面积近似可以认为为0，从而减小因样品与溶液不能够充分接触而对实验结果造成的影响，使实验结果更准确，能够实现样品与溶液的充分接触，可以使样品与装置壁面保持实验所要求的距离，从而使得实验的效果更加理想。

相对现有技术来说，本发明的测试方法将实验装置端盖朝下放置在水平面上，通过接口加入液体二甲醚至实验腔室，可以在液体二甲醚中直接放置橡胶样品，在内密封圈槽中放置密封圈，完成橡胶样品在二甲醚中浸泡的实验；或者在内密封圈槽中放入橡胶样品，完成橡胶耐液体二甲醚渗透的实验；或者内密封圈槽中放入橡胶样品，并将实验装置的端盖朝上放置在水平面上，完成橡胶耐气体二甲醚渗透的实验；分别测试实验前后的橡胶样品性能，如体积变化、拉伸强度、硬度等，从而得出橡胶耐二甲醚的性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中图1(a)为主视图，图1(b)为侧视图，图1(c)为俯视图；

图2是本发明用于液体二甲醚在橡胶样品中扩散的实验示意图；

图3是本发明用于测量液体二甲醚对橡胶样品渗透的实验示意图；

图4是本发明用于测量气体二甲醚对橡胶样品渗透的实验示意图；

图5液体二甲醚在橡胶密封圈试样中扩散的质量变化率；

图6液体二甲醚在橡胶材料中的扩散系数的计算；

图7是液体二甲醚在不同橡胶的累计质量变化率；

图8是气体二甲醚在不同橡胶的累积质量变化率。

其中：1-壳体；2-端盖；3-样品支架；4-密封圈；5-螺栓；6-液体二甲醚；7-橡胶密封圈试样；8-第一充放接口；9-第二充放接口；10-二甲醚储存罐；11-二甲醚回收罐。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1(a)至图1(c)，本发明包括圆柱状壳体1，其下端开口且连接圆盘形的端盖2，形成密封的实验腔室。

壳体1上部为内径为70mm、高为70mm、壁厚10mm的圆柱状腔体，壳体1下部为外径为140mm、内径为70mm、厚度为10mm的圆环。在壳体1圆柱体侧壁对称位置分别距离圆环上表面25mm、40mm处开设两个通孔，并各自向外延伸加工直径为10mm的第一充放接口8和第二充放接口9，第一充放接口8和端盖2之间的距离小于第二充放接口9和端盖2之间的距离，第二充放接口9与壳体上边缘更接近，两个接口高低设置能精确控制液体二甲醚6的添加量。两个接口长度均为20mm，其末端设置螺纹，螺纹长度为10mm，均外接阀门以便于向实验腔室填充和排放二甲醚。

端盖2的直径等于壳体1下部圆环的外径，为140mm，端盖2厚度为10mm，端盖2上刻有同心的环形内密封圈槽和外密封圈槽，内密封圈槽外径为83.08mm、内径为76.08mm、深度为3.3mm，外密封圈槽外径为100mm、内径为93mm、深度为3.3mm；端盖2上端面有圆筒形的定位装置，定位装置的外径和壳体1的内径相等，为70mm。

配合内密封圈槽，本发明橡胶样品采用橡胶密封圈试样7，以用来进行二甲醚对样品的泄漏效果的实验。橡胶密封圈试样7的规格为：83.08mm×3.5mm。配合外密封圈槽，采用聚四氟乙烯材料制成的密封圈4，以提高装置的密封性。聚四氟乙烯密封圈4的规格为：100m×3.5mm，所采用的密封圈厚度均略大于密封圈槽的厚度，使密封性更好。

在实验腔室中，安装有活动的样品支架3，能够便捷地安装和取出；本装置采用截面为“井”的笼式形样品支架3将实验样品浸于液体二甲醚6内。样品支架3材料采用不锈钢，其中间部分为圆柱状，其底面半径大于或等于30mm，高度大于或等于25mm，其网格的大小为7mm×7mm,这样减少了与样品的接触面积，接触面积近似可以认为为0，从而减小因样品与溶液不能够充分接触而对实验结果造成的影响。圆柱两端包括长度不小于10mm的支脚架；圆柱侧面包括上下两个圆环状支架，且其上各点至圆柱的距离不小于5mm。

壳体1、端盖2、样品支架3均选用不锈钢材料进行加工而成，且壳体材料必须能够承受不低于0.5MPa的压强。

壳体1下部的圆环和端盖2上开设4个均布的螺栓孔，且配合4个M12 C级螺栓5，将壳体1和端盖2紧固连接。其中端盖2的螺栓孔圆心距离端盖圆心58.25mm。将壳体1与端盖2连接的螺栓5必须能够承受不低于0.5MPa的拉伸应力。

第一充放接口8连接二甲醚储存罐，第二充放接口9连接二甲醚回收罐，或第一充放接口8连接二甲醚回收罐，第二充放接口9连接二甲醚储存罐。

本发明装置主要包括壳体1、端盖2、样品支架3、密封圈槽以及螺栓5五部分。该装置可以进行液体二甲醚6在橡胶材料中扩散的实验、液体二甲醚6对橡胶的渗透实验以及气体二甲醚对橡胶的渗透实验，再对橡胶样品进行性能测试，从而得到橡胶耐二甲醚的扩散、渗透腐蚀的性能，同时可以比较得到多种橡胶品种耐二甲醚性能较好的一种。

本发明的使用方法，参照标准GBT 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》及标准1690-2006《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体实验方法》进行设计。主要包括以下步骤。

一、测试橡胶耐液体二甲醚扩散性能的步骤：

步骤一，在保证实验室温度及压力为标准状态下，使其基本维持恒温恒压状态，测量25mm×3.5mm橡胶密封圈试样的质量，并记录其数据，将橡胶密封圈试样放进样品支架3中，关紧笼盖；放置在本发明实验腔室内，将聚四氟乙烯密封圈4安装在外密封圈槽内，用螺栓5将壳体1与端盖2连接，测试装置的质量；

步骤二，使用阀门将二甲醚储存罐10与第一充放接口8连接，使用阀门将第二充放接口9与二甲醚回收罐11连接，将整个装置搁置在水平面上；如图2所示；

步骤三，打开阀门，向装置内填充液体二甲醚6，填充一定量之后，取下本发明，当其质量减去原装置质量的差值不小于所规定的质量，测量并记录其质量数据，否则继续向本发明实验腔室内填充液体二甲醚；

步骤四，将本发明静置于恒温水域中，保持实验所需温度25℃或所需要的实验温度，搁置24h或有关规定的时间；

步骤五，取出装置，卸下螺栓5，从腔室内取出实验样品，快速擦干实验样品，将其放置在电子台秤上，每隔30秒记录一次实验样品的质量；

步骤六，利用公式

$\frac{M_t}{M_{\∞}}=1-\underset{0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{4}{r^2{\mathrm{\α}}_n^2}\exp (-D{\mathrm{\α}}_n^{2}t)$

其中M_t表示t时刻橡胶密封圈试样的质量，M_∞表示经过无限长的时间橡胶密封圈试样的质量，r表示橡胶密封圈试样的截面半径。

其中α由公式

J_o(rα_n)＝0

定义，J_o(x)为一阶贝塞尔函数。

及公式

$\mathrm{In}[1-\frac{M_t}{M_{\∞}}]=\mathrm{In}\left[\frac{4}{{\mathrm{\β}}^2}\right]-D\frac{{\mathrm{\β}}^2}{r^2}t$

其中β表示rα₁，处理数据并对数据进行线性回归，得到y＝ax+b，其中x＝t，则斜率a就可以表征扩散系数的大小。这样就可以计算出液体二甲醚在实验样品中的扩散系数，从而检验对比出液体二甲醚在橡胶密封圈样品中的扩散性能。

二、测试橡胶耐液体二甲醚渗透的步骤：

步骤一，在保证实验室温度及压力为标准状态下，使其基本维持恒温恒压状态，将橡胶密封圈试样7安装在内密封圈槽内，用螺栓5将壳体1与端盖2连接，测试装置的质量；

步骤二，使用阀门将二甲醚储存罐10与第一充放接口8连接，使用阀门将第二充放接口9与二甲醚回收罐11连接，将整个装置搁置在水平面上；如图3所示；

步骤三，打开阀门，向装置内填充液体二甲醚6，填充一定量之后，取下本发明，当其质量减去原质量的差值不小于所规定的质量，测量并记录其质量数据，否则继续向本发明实验腔室内填充液体二甲醚；

步骤四，将本发明置于水平面上，搁置24h或有关规定的时间后，测量本发明的质量并计算装置减少量以及液体二甲醚对实验样品的泄漏率。

三、测试橡胶耐气体二甲醚渗透的步骤：

步骤一，在保证实验室温度及压力为标准状态下，使其基本维持恒温恒压状态，将橡胶密封圈试样7安装在内密封圈槽内，用螺栓5将壳体1与端盖2连接，测试装置的质量；

步骤二，使用阀门将二甲醚储存罐10与第二充放接口9连接，使用阀门将第一充放接口8与二甲醚回收罐11连接，将整个装置反向搁置在水平面上；如图4所示；

步骤三，打开阀门，向装置内填充液体二甲醚6，填充一定量之后，取下本发明，当其质量减去原质量的差值不小于所规定的质量，测量并记录其质量数据，否则继续向本发明实验腔室内填充液体二甲醚；

步骤四，将本发明静置于水平面上，搁置24h或有关规定的时间后，测量测试橡胶耐二甲醚性能的实验装置的质量并计算装置减少量以及气体二甲醚对实验样品的泄漏率。

本发明可用于测定二甲醚在橡胶密封圈中的扩散系数以及一定时间内气、液态二甲醚通过橡胶密封圈的渗透泄漏率。装置包括壳体1和密封端盖2两个主要部分，壳体1上布置有燃料充、放接口，用于测定扩散系数的橡胶密封圈试样7放置在壳体1内不锈钢样品支架3上，以便实现试样与燃料的充分接触；端盖2上布置内外两处端面密封，内侧密封件为橡胶密封圈试样7，外侧密封件为聚四氟乙烯密封圈4，装置在只安装内侧橡胶密封圈试样7时用来测试气、液态二甲醚通过此橡胶密封圈的渗透泄漏率，在只安装聚四氟乙烯密封圈4时壳体内部放置橡胶密封圈试样，测试二甲醚在试样中的扩散系数；综合扩散系数和渗透泄漏率测试结果，可以全面评价橡胶密封圈耐二甲醚燃料渗透扩散性能。

实施例一

对丁腈橡胶进行橡胶耐液体二甲醚扩散的实验，并对实验后的样品进行测量，每隔相同时间测量一次样品的质量，得到样品的质量的变化量，如图5所示，根据相关理论计算得到液体二甲醚在橡胶样品中的扩散系数，如图6所示，液体二甲醚在几种不同橡胶样品中的扩散系数，如表1所示。

表1

橡胶样品种类	二甲醚扩散系数(10-6cm2/s)
		丁腈橡胶	3.93
氢化丁腈橡胶	2.47
		氟橡胶	4.68

由橡胶样品的质量变化的数据可以得到液体二甲醚在橡胶材料中的扩散系数，经过计算可以得到二甲醚在橡胶材料中的扩散能力，从而比较不同的橡胶耐液体二甲醚扩散的能力的强弱，从表1中得到，氢化丁腈橡胶耐液体二甲醚的扩散能力最强，氟橡胶最弱。

实施例二

对丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶和氟橡胶进行橡胶耐液体二甲醚渗透的实验，并对实验后的样品进行测试，每间隔相同时间测量一次装置的质量，得到装置质量的变化量，该质量变化量即是二甲醚溶液的渗透量，从而得到二甲醚溶液在不同橡胶的累计质量变化率，其结果如图7所示。

由二甲醚溶液累积的质量变化率的数据可以得到二甲醚溶液经过不同橡胶样品制成的密封圈的泄露量，经过计算可得到二甲醚溶液在单位不同橡胶中的渗透能力，从而比较不同橡胶耐二甲醚溶液的渗透能力的强弱，从图7中得到，丁腈橡胶耐二甲醚溶液的渗透能力最弱，氟橡胶最强。

实施例三

对丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶和氟橡胶进行橡胶耐气体二甲醚渗透的实验，并对实验后的样品进行测试，每间隔相同时间测量一次装置的质量，得到装置质量的变化量，该质量变化量即是气体二甲醚的渗透量，从而得到气体二甲醚在不同橡胶的累计质量变化率，其结果如图8所示。

由气体二甲醚累积的质量变化率的数据可以得到气体二甲醚经过不同橡胶密封圈的泄露量，经过计算可得到气体二甲醚在单位不同橡胶中的渗透能力，从而比较不同橡胶耐气体二甲醚的渗透能力的强弱，从图8中可以看出，三种橡胶耐气体二甲醚渗透的能力类似于其耐二甲醚溶液的渗透能力。

装置质量测量完毕，将橡胶密封圈拆卸下来，可对其进行拉伸、硬度实验，结合上述橡胶耐二甲醚渗透的能力，对橡胶耐二甲醚性能进行综合评价，从而对二甲醚与橡胶相互作用的理论研究提供帮助，对工业应用中耐二甲醚密封圈材料的选择提供较优的方案。

通过上述实验得出的结果，其和相似相溶原理吻合，因此，可见本发明用于实验橡胶耐二甲醚渗透的可行性与有效性。而且该实验装置还可以用于其它两项实验研究，实现了资源的有效利用；从而可以简便地测量出二甲醚通过橡胶样品的泄漏量，并比较出橡胶耐二甲醚渗透性能的好坏。同时这样提高了装置的可利用率。本发明装置的体积较小，而且使用方便，操作简单，可以同时使用多个装置在相同的环境进行实验，从而保证了对比实验有相对相同的实验条件，而且可以节省大量实验时间。

Claims (9)

1.一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：包括圆柱状壳体(1)，其一端开口且连接圆盘形的端盖(2)，形成密封的实验腔室；

所述壳体(1)的圆柱两侧壁上分别开孔且向外延伸设置第一充放接口(8)和第二充放接口(9)，所述第一充放接口(8)和端盖(2)之间的距离小于第二充放接口(9)和端盖(2)之间的距离；第一充放接口(8)连接二甲醚储存罐(10)，第二充放接口(9)连接二甲醚回收罐(11)，或第一充放接口(8)连接二甲醚回收罐(11)，第二充放接口(9)连接二甲醚储存罐(10)；

所述端盖(2)与壳体(1)相连的位置上设置环形的内密封圈槽；

所述端盖(2)上还设置有与内密封圈槽同心的外密封圈槽。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述外密封圈槽内安装聚四氟乙烯材料制成的密封圈(4)。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述壳体(1)的开口端为圆环，其内径与壳体(1)内径相同，外径大于壳体(1)外径，且和端盖(2)的直径相同。

4.根据权利要求3所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述壳体(1)和端盖(2)通过6个M12C级螺栓(5)连接，所述螺栓(5)均布在圆环及端盖(2)上。

5.根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述实验腔室中安装有活动的侧截面为“井”状的不锈钢样品支架(3)，其中间部分为圆柱形笼式网格结构，其底面半径大于等于30mm，高度大于等于25mm，网格大小为7×7mm；圆柱两端包括长度不小于10mm的支脚架；圆柱侧面包括上下两个圆环状支架，且圆环状支架的圆环上各点至圆柱的距离不小于5mm。

6.根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述第一充放接口(8)和第二充放接口(9)设置在壳体(1)对称的侧壁上，且第一充放接口(8)和第二充放接口(9)上设置螺纹，两个接口和二甲醚储存罐(10)、二甲醚回收罐(11)之间均设置阀门。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述端盖(2)与壳体(1)相连的侧面上设置有圆筒形定位装置，且其外径等于壳体(1)的内径。

8.根据权利要求7所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：所述壳体(1)和端盖(2)所用材料为不锈钢，耐压极限为5MPa。

9.基于权利要求8所述实验装置进行的橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散测试方法，其特征在于：所述测试包括测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能、测试橡胶密封圈耐液体二甲醚渗透性能和测试橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能；

所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能包括以下步骤：

步骤一，在室温状态下，测量橡胶密封圈试样(7)的质量，并记录其数据，利用样品支架(3)将待测橡胶密封圈试样(7)放置在壳体(1)与端盖(2)密封连接形成的实验腔室内，测试实验腔室质量；

步骤二，将二甲醚储存罐(10)与第一充放接口(8)连接，将第二充放接口(9)与二甲醚回收罐(11)连接后搁置在水平面上；

步骤三，向实验腔室内填充液体二甲醚(6)，至实验腔室质量减去步骤一中的实验腔室质量的差值不小于10g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据；

步骤四，将实验腔室搁置在恒温水浴中浸泡，保持实验所需温度并记录温度值；浸泡时间从以下时间范围内选择：

7d±2h,7d±2h的整数倍；

步骤五，取出实验腔室，从中取出橡胶密封圈试样(7)，快速擦干橡胶密封圈试样(7)，每隔30秒记录一次橡胶密封圈试样(7)的质量；

步骤六，利用公式

$\frac{M_t}{M_{\mathrm{\∞}}}=1-\underset{0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\frac{4}{r^2{\mathrm{\α}}_n^2}\exp (-{\mathrm{D\α}}_n^{2}t)$

其中M_t表示t时刻橡胶密封圈试样的质量，M_∞表示经过无限长的时间橡胶密封圈试样(7)的质量，r表示橡胶密封圈试样(7)的截面半径；

其中α_n由公式J_o(rα_n)＝0及公式定义，

J_o(x)为一阶贝塞尔函数；β表示rα₁，处理数据并对数据进行线性回归，得到y＝ax+b，其中x＝t，则斜率a就可以表征扩散系数的大小，从而检验对比出橡胶密封圈试样(7)耐液体二甲醚扩散的性能；

所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚和气体二甲醚渗透性能包括以下步骤：

步骤一，在室温状态下，将待测橡胶密封圈试样(7)安装在内密封圈槽内，将壳体(1)与端盖(2)连接形成实验腔室，测试实验腔室质量；将二甲醚储存罐(10)与第一充放接口(8)连接，将第二充放接口(9)与二甲醚回收罐(11)连接，将实验腔室的端盖(2)朝下放置在水平面上，进行橡胶密封圈耐液体二甲醚渗透性能测试；

或者在保证实验室温度及压力为标准状态下，将橡胶密封圈试样(7)安装在内密封圈槽内，将壳体(1)与端盖(2)连接形成实验腔室，测量实验腔室质量；将二甲醚储存罐(10)与第二充放接口(9)连接，将第一充放接口(8)与二甲醚回收罐(11)连接，将实验腔室反向搁置在水平面上，进行橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能测试；

步骤二，向实验腔室内填充液体二甲醚(6)，至实验腔室质量减去步骤一中实验腔室质量的差值不小于10g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据；

步骤三，搁置24h，测量实验腔室的质量并计算质量减少量以及液体二甲醚对橡胶密封圈试样(7)的泄漏率，得出橡胶样品耐二甲醚渗透的性能。