在轴承的实际应用过程中密封圈所起的作用至关重要,因为密封圈一方面对内要阻止润滑脂从轴承中流失,另一方面对外要防止灰尘、水分等异物侵入。适合的橡胶种类和配方能使密封圈具有良好的密封性能,进而保证轴承及其总成的使用寿命。

由于从原材料到密封圈成品的生产过程需要投入大量精力,包括资金和技术等等,因此大部分轴承企业对于密封圈基本都采取外购的方式。

即使密封圈经过认真的设计、严谨的各项试验、全面的体系认证,被批准批量生产,但也可能出于种种原因不能保证配方始终如一,比如成本控制、生产过程的不受控、原材料波动等。

对于制造轴承密封圈的橡胶材料来说,保证批产配方和开发定型阶段的配方一致性,无疑是至关重要的。如果需要评判某一密封圈的配方与之前是否一致,通常是通过硫化特性、硬度、拉伸强度、伸长率等材料级别的测试,间接反映配方的变化,但存在两个问题:

(1)以上项目按标准只能通过橡胶试样来测试,不能直接对密封圈进行检测;

(2)橡胶试样的配方可能与密封圈的配方不一致。

为此,如何利用密封圈直接对其橡胶进行成分检测,以确保不同批次密封圈之间配方的一致性、稳定性,进而控制密封圈质量,成为迫切需要解决的问题。

如果可以引入一种新的检测手段,实现直接从轴承密封圈上取得橡胶样品进行成分检测,就可以很好地规避上述两个问题。

经过广泛查阅资料和深入调研,引入了热重分析仪,建立了针对轴承密封圈橡胶成分的热重分析检测方法。

2热重分析法简介

根据国际热分析协会(ICTA)的定义,热重分析法是指温度在程序控制时,测量物质质量与温度之间关系的技术。热重分析法(TGA)可以用来研究材料的热稳定性和成分,可以研究晶体性质的变化,如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;研究物质的热稳定性、分解过程、脱水、解离、氧化、还原、成分的定量分析、添加剂与填充剂影响、水份与挥发物、反应动力学等物质的化学现象。热重分析法被广泛应用于塑料、橡胶、涂料、金属材料、复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控等。

轴承密封圈所使用的橡胶是由生胶及各种配合剂组成的混合物,其主要成分在挥发、分解等热行为上有较大的差异,因此热重分析法可很好的应用于密封圈橡胶材料的成分检测与监控。

橡胶密封圈中橡胶的性能稳定性主要取决于:配方中原材料的选择是否一致;原材料的配比是否一致;生产工艺控制是否稳定等。橡胶配方成分类型的改变,可通过红外光谱谱图对比分析来进行判断;橡胶配方成分含量的改变,可通过热重分析法进行判断。

本文主要探讨热重分析法在轴承橡胶密封圈成分监控方面的应用。

3检测原理及设备参数

3.1检测原理介绍

热重分析法的重要特点是定量性强,能准确地测量一定温度或程序温度下物质的质量变化及变化的速率,只要物质受热时会发生重量的变化,就可以用热重分析法来研究该变化过程。热重分析仪可以准确地控制试验温度和升温速率以及准确称量被测物的质量,再加上先进的数据处理系统,伴随着温度的升高,橡胶材料发生的质量变化和温度变化就可以被系统自动记录,形成TG热重曲线。

TG热重曲线是由试样的质量残余率对温度的曲线,所得的重量-温度曲线成阶梯状[1]。

热重分析仪由四部分组成,分别是电子天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统,