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研究生:吳守禮
研究生(外文):WU-SHOULI
論文名稱:熱壓PTFE薄片於水龍頭止水墊圈之效能研究
論文名稱(外文):The study of hot embossing PTFE the function of faucet washer
指導教授:吳政憲吳政憲引用關係
指導教授(外文):Cheng-Hsien Wu
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所碩士在職專班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:老化硫化熱壓成型
外文關鍵詞:agingvulcanizatuionhot pressing shape
相關次數:
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摘 要

水龍頭發展與自來水普及有密不可分的關係。數十年來,無論造型、材質及功能均能有長足進步,已逐漸成為文明生活的一項指針。尤其現今精密陶瓷軸芯水龍頭耐用性能大幅的提高。本研究主要探討熱壓PTFE薄片於NBR止水墊圈上改善龍頭磨潤性質,提升使用效率,對於陶瓷軸芯和電子式感控水龍頭之競爭壓力下,如何改善傳統NBR橡膠熱壓成型墊圈,使其機械性質提升,置換便利之止水墊圈,因此針對NBR止水墊圈熱壓製程參數之熱壓溫度與加硫時間,做一探究,並以抗磨耗、抗老化等機械性質極佳之PTFE作為改良NBR止水墊圈之素材熱壓成型。參考ASTM之標準將硫化後之試片施以老化、拉伸、磨耗等試驗,取其最佳參數經熱壓改良後之止水墊圈,實際做效能試驗,驗證改良品之效益。
關鍵字:老化、硫化、熱壓成型
ABSTRACT

The development of faucet and tap water have much closed relationship. For the past years, the shape material and function of the faucet is much improved, farther more, it becomes a guide of civilization life. Today the delicate pottery axle center faucet durability is much improved. This research mainly conferred into the less cause of abrasion in condition hot compressive the PTFE thin being placed on NBR stop washer makes, enhance the using efficiency. How to improve the traditional NBR rubber to advance the mechanism substance, replace the convenient water-proof washer under the pressure of competition of pottery axle center and electronically sensor faucet. Therefore this research put an ego into the hot-press process argument the hot-press temperature, and vulcanization time , and replace NBR water-proof washer with the excellent mechanical quality of anti-abrasion, delay-aging of PTFE.
In according to ASTM standard to put vulcanized test paper under the test of being aged, stretched, abraded, and take the water-proof washer ameliorated by the hot pressed into real efficient test, to with the best argument verify the efficiency of the ameliorant.
Key Words: aging、vulcanization、hot pressing shape
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書                        iii
中文摘要                         iv
英文摘要                        v
誌謝                         vi
目錄                          vii
圖目錄                       x
表目錄                       xiv

第一章 序 論
1.1 前言               1
1.2 龍頭的發展              1
1.3 研究動機                2
1.4 研究方法                3
1.5 本文目標                3
第二章 實驗設計之建構
2.1 實驗材料              8
2.1.1 Nitrile 橡膠(NBR)         8
2.1.2 鐵氟龍(PTFE)              9
2.2 文獻探討             10
2.2.1 PTFE摩擦特性             11
2.2.2 磨耗類型           13
2.3 熱壓真空成型機              16
2.4 模具設計              17
2.5 動態熱壓成型               18
2.5.1 溫度與壓力的效應             18
2.5.2 橡膠網路形變              19
2.5.3 加硫對橡膠機械性質的變化   20
2.6 實驗儀器  20
2.7 接著劑                23
第三章 實驗方法與步驟
3.1 NBR硫化          33
3.2 高分子熱壓成型製程         34
3.3 老化試驗            36
3.4 拉伸試驗              37
3.5 磨耗試驗               38
第四章 實驗結果與討論
4.1 止水墊圈成型探討            49
4.1.1 硫化分析             49
4.1.2 熱壓分析              50
4.1.3 真空後之加硫壓力            52
4.2 硫化對PTFE接著成型之影響      52
4.3 硫化橡膠老化對PTFE熱壓於NBR之影響  53
4.4摩擦面材料分析            54
4.5磨耗行為探討               56
第五章 結論與建議
6.1 結論                  82
6.2 建議                  83
參考文獻                        84




















圖目錄

圖1.1 熱壓成型圖 5
圖1.2 陶瓷芯閥 6
圖1.3 廚衛用水龍頭 6
圖1.4 研究流程 7
圖2.1 硫原子與橡膠的長條分子橫向鍵結構造圖 24
圖2.2 PTFE 其分子結構圈 24
圖2.3 VSS300專利軌道開模真空成型機 25
圖2.4 止水墊圈模具 25
圖2.5 老化、拉伸、磨耗試片模具 26
圖2.6 硫化橡膠的理論與實驗應力-應變曲線的比較 26
圖2.7 純硫化膠的理論與實驗應力-應變曲線 27
圖2.8 橡膠硫黃系的加硫曲線 27
圖2.9 加硫時間所致諸性質的變化 28
圖2.10 PT-3010 Akron耐磨試驗機 28
圖2.11 水龍頭磨耗效能試驗機 29
圖2.12 8吋廚衛水龍頭 29
圖2.13 PT-2020老化試驗機 30
圖2.14 TS-2000拉力試驗機 30
圖2.15 OM光學顯微鏡 31
圖2.16 MD200S電子密度比重計 31
圖2.17 有轉子硫變儀 32
圖2.18 精密電子量秤 32
圖3.1 PTFE背面塗佈連著劑 41
圖3.2 專利出入模軌道 42
圖3.3 PTFE試片經熱壓出模後連著於NBR保持彈性性能 42
圖3.4 熱壓PTFE止水墊圈加熱硫化後釋壓開模 43
圖3.5 熱壓機整體作動流程圖 43
圖3.6 啞鈴狀老化、拉伸試片 44
圖3.7 試片懸吊方式,轉盤旋轉不互相干擾 44
圖3.8 活動拉伸夾具 45
圖3.9 磨耗試驗短圓柱試片 45
圖3.10 水龍頭磨耗試驗準備--架設8吋廚衛水龍頭 46
圖3.11 調整螺桿角度至15刻度 46
圖3.12 置放6磅法碼磨耗 47
圖3.13 Akron磨耗機2磅磨耗試驗 47
圖3.14 24小時連續磨耗效能測試 48
圖3.15 近似往復圓周運動之磨耗效能試驗 48
圖4.1 A1硫化曲線圖 58
圖4.2 A2硫化曲線圖 58
圖4.3 A3硫化曲線圖 59
圖4.4 NBR硫化扭矩與溫度關係圖 59
圖4.5 NBR硫化時間與溫度關係圖 60
圖4.6 熱壓力19MPa造成PTFE中心點偏移易造成磨耗缺失 60
圖4.7 壓力值15MPa墊圈邊緣成型較不甚理想 61
圖4.8 熱壓力17MPa溫度190℃之PTFE墊圈成型較為理想 61
圖4.9 熱壓力為17MPa溫度190℃之NBR成型墊圈 62
圖4.10 A2拉伸試片內部未硫化成熟之應力應變圖 62
圖4.11 磨耗試片因製程維持均勻加硫特性讓內部無氣孔產生 63
圖4.12 OM觀測PTFE蝕刻表面 63
圖4.13 A2試片老化前之應力應變圖 64
圖4.14 PTFE薄片受熱易生變形,熱壓試片有偏折擠壓現象 64
圖4.15 熱壓加硫後在PTFE與NBR之間存在化學鍵結,使得
PTFE熱壓於NBR上有良好黏著強度 65
圖4.16 Eb與溫度關係圖 65
圖4.17 A1試片老化前之應力應變圖 66
圖4.18 A1試片老化後之應力應變圖 66
圖4.19 A2試片老化後之應力應變圖 67
圖4.20 A3試片老化前之應力應變圖 67
圖4.21 A3試片老化後之應力應變圖 68
圖4.22 應力與溫度關係圖 68
圖4.23 老化後應力殘留率 69
圖4.24 磨耗機試片磨耗前之OM圖 69
圖4.25 PTFE經2磅磨耗2000迴轉數之OM圖 70
圖4.26 PTFE經6磅磨耗2000迴轉數之OM圖 70
圖4.27 NBR止水墊圈未經磨耗之OM觀測圖 71
圖4.28 NBR止水墊圈磨耗後之OM觀測圖 71
圖4.29 PTFE止水墊圈未經磨耗之OM觀測圖 72
圖4.30 PTFE止水墊圈磨耗後產生凹陷狀 72
圖4.31 PTFE止水墊圈磨耗後金屬微粒嵌入摩擦面 73
圖4.32 NBR止水墊圈磨耗後金屬微粒嵌入摩擦面 73
圖4.33 PTFE磨耗試片經6磅4000迴轉後之磨擦表面 78
圖4.34 止水墊圈磨耗後之表面有明顯長狀刻痕 78
圖4.35 水龍頭球閥磨耗後受高分子黏滯OM觀測圖 79
圖4.36a Akron磨耗試驗機磨耗施力圖 79
圖4.36b 摩擦力與研磨板滑動發生之向量分析圖 80
圖4.37 PTFE止水墊圈經磨耗後內緣有明顯磨耗損失 80
圖4.38 2磅與6磅在不同轉數下磨耗關係圖 81

表目錄

表2.1連著劑規格表                   25
表3.1實驗參數代號                    44
表4.1 A1試片老化前與老花後之拉伸試驗結果       82             
表4.2 A2試片老化前與老花後之拉伸試驗結果       82             
表4.3 A3試片老化前與老花後之拉伸試驗結果       83             
表 4.4 不同荷重下所得磨耗量表             83       
表4.5 PTFE墊圈磨耗減損之重量             84        
表4.6 NBR墊圈磨耗減損之重量             84       
表 4.7 水龍頭球閥於熱壓PTFE墊圈磨耗產生轉移黏附之
重量             84
表4.8 水龍頭球閥於NBR墊圈磨耗產生轉移黏附之重量   85
表 4.9 改變試片的轉速與滑動速度理想角度    85
參考文獻

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