气囊表面龟裂分析及其解决措施

 刘  英，何生红

 （宜昌测试技术研究所，湖北  宜昌  443003）

摘要：气囊是水下装置压力补偿系统的重要组成部分，在实际使用过程中气囊表面出现了龟裂现象。对气囊龟裂原因进行了分析，提出了改变气囊储存方法、避免长时间折叠弯曲和拉伸变形，并使用丁腈橡胶2707材料等解决措施。经验证，改进后的气囊使用情况良好。

关键词：气囊；龟裂原因；解决措施 中图分类号：U676.6  

 0  引言

 气囊是某水下装置压力补偿系统的重要组成部分，工作中直接与海水接触，工作环境恶劣，为了保证水下设备的正常使用，气囊橡胶材料采用丁腈橡胶2707，该橡胶材料耐油、耐海水腐蚀、紫外线，满足工作温度-15℃～-60℃的使用要求。但是在实际生产中，气囊材料常采用丁腈橡胶6250代替丁腈橡胶2707，实际使用时气囊表面出现了龟裂现象。本文针对龟裂原因进行分析，并提出解决措施。

1  气囊结构

 气囊是压力补偿系统中的最主要部件，其作用是确保水下装置工作时内外表面压差接近于零。气囊将水下装置组成一个封闭气室，由管路与气囊连成一体，工作时，气囊内部充入一定压力的气体，使得气囊呈膨胀状态，入水后在水压作用下气囊容积逐渐被压缩，气囊内部压力随之增大，使得水下装置内外表面压力平衡。

2气囊龟裂原因分析

 通过硫化技术将橡胶与金属底板硫化粘接成一体构成气囊，其外形呈圆台形，小端为盆底形。气囊使用一段时间后会出现较为严重的龟裂现象，龟裂位置为橡胶折叠弯曲处，其他部分没有出现此现象。龟裂是橡胶老化的一种现象，引起橡胶老化的主要因素有热氧、臭氧、机械应力、水分及其他介质等。本文从原材料选用、橡胶耐臭氧和热氧作用、折叠弯曲和弯曲变形等方面进行龟裂原因分析。

2.1  材料基本性能指标测试  ，

 实际生产中，气囊材料常采用丁腈橡胶6250代替丁腈橡胶2707，现分别采用丁腈橡胶2707（试样1）和丁腈橡胶6250（试样2）制备试样，依据设计技术要求和国标要求检测这两种橡胶的机械性能，检测结果见表1。

 由表1可见，丁腈橡胶2707和丁腈橡胶6250的各项性能指标均满足要求。

2.2材料热老化性能试验

 分别制备试样1和试样2，按GB/T7762 -1998标准进行热氧老化试验，试验条件为100℃×72 h。热氧老化后的性能测试结果见表2。

 由表2可知，试样1和试样2经过72 h的热氧老化后，其邵A硬度均有所增加，但变化未超出指标规定的范围；拉伸强度有所增加，也满足技术指标要求，说明两种材料经热氧老化后，橡胶分子交联程度有所上升。综合分析，热氧老化不是表面龟裂的主要原因。

2.3材料耐臭氧性能试验

 分别制备试样1和试样2，按GB/T7762 -1998标准进行自由放置状态、20%拉伸形变状态和1800弯曲形变臭氧老化试验，试验条件为40℃×50×10-8 kg/m3、48 h。耐臭氧性能试验结果见表3。

从理论上讲，丁腈橡胶6250和丁腈橡胶2707两种橡胶的耐臭氧性能应是一样的，从表3的试验结果也可见试验结果与理论分析基本上是吻合的。在自然放置的情况下，试样1和试样2的耐臭氧性能基本一样，在48 h试验期内表面无变化，说明无论是试样1还是试样2，在不受应力作用时，其耐臭氧性能均能满足要求。但当试样被拉伸20%时，在48 h试验期内，表面均出现了明显龟裂；同样，在1800弯曲疲劳状态下，在48 h试验期内，出现的龟裂情况更加迅速，这说明试样1和试样2在拉伸和弯曲应力作用下，其耐臭氧性能均不能满足要求，但是试样1的耐臭氧性能好于试样2。

 生产气囊时，原材料由丁腈橡胶2707替换成丁腈橡胶6250，虽然二者在性能上极为接近，其主要指标丙烯腈含量接近，但是气囊长期裸露在大气中，受大气中的臭氧和热氧作用，而且长时间折叠弯曲和拉伸变形，这些因素的共同作用是造成早期出现龟裂的主要原因。

2.4  气囊龟裂的原因

 通过以上分析，气囊表面产生龟裂的主要原因是：①气囊储存不当，造成气囊长时间被拉伸和弯曲，加速了表面龟裂，尤其是弯曲表现更为突出；②试验和理论分析表明，丁腈橡胶2707的耐臭氧老化性能与丁腈橡胶6250在自然状态下基本一样，但是在20%拉伸和1800弯曲时，丁腈橡胶2707的耐臭氧老化性能明显好于丁腈橡胶6250，所以不能用丁腈橡胶6250代替丁腈橡胶2707。

3解决方法及措施

 气囊是压力补偿系统的最主要部件，工作环境恶劣，为了保证水下设备的正常工作，根据上面分析结果，采取以下解决方法：

 (1)储存方面：为避免产品在储存时出现折叠和弯曲，包装前应充入少量空气，并用堵头密封气嘴。为避免产品与臭氧等不利因素接触，产品用不透明的包装材料包装，储存过程中应避免阳光或紫外线长期直射，远离热源，避免高温曝晒；储存室内不应使用能产生臭氧的装置，如荧光灯、高压电器、电动机或其他可产生电火花或无声放电的装置；严禁把气囊倒压在地面上，避免产品折叠和弯曲。

 (2)原材料方面：虽然丁腈橡胶6250与丁腈橡胶2707在性能上极为接近，其主要指标丙烯腈含量接近，二者基本性能指标也满足技术指标要求，但是橡胶老化是一个多因素共同作用的结果，而且丁腈橡胶2707在折叠弯曲的条件下耐臭氧老化性能明显好于丁腈橡胶6250，气囊的原材料还是采用丁腈橡胶2707。