1080 / 2023-02-27 20:23:08

颗粒尺寸对氢化丁腈橡胶摩擦磨损行为的影响研究

摘要：旋转控制头中旋转总成的动密封元件为唇型密封圈，其作用是密封旋转壳体和中心管之间的润滑介质，避免钻进过程返排液对轴承产生影响。泥浆介质中硬质颗粒侵入密封界面导致密封件磨损是密封圈失效的主要原因之一，严重影响了密封元件的使用寿命。本文通过销-盘摩擦副研究了氢化丁腈橡胶（HNBR）在五种不同尺寸石榴石颗粒入侵摩擦界面的摩擦学性能。采用扫描电镜、白光干涉仪和EDS能谱仪对HNBR磨损表面形貌和磨损区化学元素进行了分析。此外，还对不同颗粒尺寸条件下的摩擦系数进行了分析比较。实验结果表明，在60-240目范围内，颗粒尺寸越小，HNBR试样的磨损越显著，同时硬质颗粒参与磨损会增加密封副间的摩擦系数，且摩擦系数随硬质颗粒粒径的减小呈现增大的趋势。结合Bergstrom-Boyce模型对硬质颗粒的运动学分析和摩擦副摩擦能量耗散分析，橡胶的摩擦系数由颗粒嵌入橡胶、颗粒发生滚动和颗粒在橡胶表面滑动三部分产生的摩擦系数之和组成，且颗粒滑动对摩擦系数贡献最大。