地面裝備用液壓油與橡膠密封材料的相容性考察

楊明，熊春華，吳福麗，于軍

（1.中國(guó)人民解放軍總后油料研究所，北京 102300;2.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，遼寧大連 116032）

地面裝備用液壓油與橡膠密封材料的相容性考察

楊明1，熊春華1，吳福麗2，于軍2

（1.中國(guó)人民解放軍總后油料研究所，北京 102300;2.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，遼寧大連 116032）

文章對(duì)比了各種液壓油橡膠相容性試驗(yàn)方法，并選用具有代表性的地面裝備在用液壓油，在選定的測(cè)試溫度及時(shí)間條件下，與標(biāo)準(zhǔn)丁腈橡膠、聚氨酯橡膠進(jìn)行了相容性測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，在120℃、240 h的測(cè)試條件下，聚氨酯橡膠與各種地面裝備液壓油的相容性測(cè)試結(jié)果極差。本次試驗(yàn)結(jié)果與資料報(bào)道的結(jié)果存在明顯差異，其原因就在于國(guó)內(nèi)外聚氨酯橡膠密封材料配方及生產(chǎn)工藝的差異，基于國(guó)內(nèi)聚氨酯橡膠密封材料制造水平，選擇120℃、240 h的相容性測(cè)試條件并不恰當(dāng)。

抗磨液壓油;橡膠相容性;丁腈橡膠;聚氨酯橡膠

0 引言

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置（動(dòng)力油泵）、控制裝置（換向閥、控制元件等）、工作裝置（液壓油缸或液壓馬達(dá)）和工作介質(zhì)（液壓油、乳化液、水）等部分;動(dòng)力油泵將系統(tǒng)中的工作介質(zhì)加壓，具有一定壓力的工作介質(zhì)通過(guò)控制裝置，有目的地將動(dòng)力傳給工作裝置，從而實(shí)現(xiàn)液壓油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)液壓油的性能提出了更高要求，與橡膠密封材料的相容性是液壓油重要的設(shè)計(jì)和使用參數(shù)。所謂液壓油與橡膠密封材料的相容性，是指液壓油對(duì)與其接觸的橡膠密封材料無(wú)侵蝕作用，同時(shí)橡膠密封材料也不會(huì)導(dǎo)致液壓油的污染變質(zhì)。

液壓油與橡膠密封件材料的不相容性是造成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)泄漏發(fā)生的直接原因之一。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的泄漏，勢(shì)必將造成液壓系統(tǒng)效率的急劇下降，達(dá)不到所需的工作壓力，使機(jī)械設(shè)備無(wú)法運(yùn)作，嚴(yán)重者甚至引起機(jī)械操作失靈和人身事故。

長(zhǎng)期以來(lái)，用于地面裝備作為液壓油使用的油品有10余種，種類(lèi)繁多，本文選取15號(hào)航空液壓油、40號(hào)稠化液壓油、L－HV 46低溫抗磨液壓油及L－HM 32抗磨液壓油，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)橡膠密封材料的相容性試驗(yàn)，并開(kāi)展了試驗(yàn)前后標(biāo)準(zhǔn)橡膠密封材料硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率及體積等物理性能的測(cè)試。

1 試驗(yàn)用液壓油及標(biāo)準(zhǔn)橡膠密封材料

1.1 試驗(yàn)用液壓油

本次試驗(yàn)選用具有代表性的地面裝備在用液壓油，包括:15號(hào)航空液壓油、40號(hào)稠化液壓油、LHV 46低溫抗磨液壓油及L－HM 32抗磨液壓油。

1.2 試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)橡膠密封材料

本次試驗(yàn)用橡膠密封材料，選擇符合HG/T 2810－96標(biāo)準(zhǔn)的丁腈橡膠、聚氨酯橡膠［1］。

2 測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間的確定

液壓油與橡膠密封材料的相容性測(cè)試，一般是依據(jù)液壓油的使用工況，參照相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在特定的溫度條件和試驗(yàn)時(shí)間下將標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料浸泡于液壓油中，通過(guò)對(duì)浸泡前后測(cè)試值對(duì)比（如橡膠材料的硬度變化、拉伸強(qiáng)度變化率、扯斷伸長(zhǎng)變化率、體積變化率、壓縮永久變形等），評(píng)價(jià)兩者的相容性性能。

GB/T 14832－93等效采用ISO 6072－1986，規(guī)定了硫化橡膠與液壓流體相容性的指數(shù)及其測(cè)定方法，相容性指數(shù)（ECI）是指硫化橡膠浸泡在一定溫度下的試驗(yàn)液體中，經(jīng)一定時(shí)間后的體積變化百分率、硬度變化、拉伸強(qiáng)度變化百分率和扯斷伸長(zhǎng)率變化百分率。對(duì)于礦物油型液壓油，GB/T 14832－93規(guī)定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料為丁腈橡膠NBR－1和標(biāo)準(zhǔn)氟橡膠FKM－1，測(cè)試溫度及時(shí)間分別為100℃和168 h［2］。

此外，美軍、俄軍在其各類(lèi)地面裝備用液壓油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中也都規(guī)定了嚴(yán)格的與橡膠密封材料相容性要求以及相應(yīng)的測(cè)試方法［3－6］，JCMAS P∶041建筑機(jī)械專(zhuān)用礦物油型抗磨液壓油規(guī)格中也明確提出了與丁腈橡膠、聚氨酯橡膠的相容性試驗(yàn)要求［7］，如表1所示。

表1 美軍及俄軍用液壓油、JCM AS P∶041液壓油與橡膠密封材料相容性試驗(yàn)

在表1中不難看出，在美軍、俄軍地面裝備用液壓油以及日本建設(shè)機(jī)械專(zhuān)用液壓油與橡膠密封材料的相容性試驗(yàn)中，各液壓油產(chǎn)品規(guī)格使用的標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料并不相同，美軍、俄軍地面裝備用液壓油全部是丁腈橡膠，JCMAS P∶041不僅包括丁腈橡膠，而且包括聚氨酯橡膠。同時(shí)，各液壓油產(chǎn)品規(guī)格選定的測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間也不相同，即使是與丁腈橡膠密封材料的相容性測(cè)試，規(guī)定的測(cè)試溫度也包括70℃和100℃，測(cè)試時(shí)間也包括24 h、168 h、228 h和240 h。

鑒于JCMAS P∶041建設(shè)機(jī)械專(zhuān)用礦物油型液壓油與橡膠密封材料相容性的試驗(yàn)條件最為苛刻，本項(xiàng)研究擬按照J(rèn)CMAS P∶041規(guī)格中橡膠相容性試驗(yàn)規(guī)定的溫度及時(shí)間進(jìn)行，即與丁腈橡膠密封材料的相容性測(cè)試，測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間分別確定為100℃和240 h，與聚氨酯橡膠密封材料的測(cè)試，測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間分別確定為120℃和240 h。

3 液壓油橡膠相容性測(cè)試建議指標(biāo)

液壓油與橡膠密封材料的相容性測(cè)試方法及測(cè)試結(jié)果的判斷標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)尚未形成統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，各規(guī)格液壓油產(chǎn)品的橡膠相容性試驗(yàn)規(guī)定的合格性指標(biāo)存在著很大的差異。

2000年，ASTM制定了工業(yè)用液壓油密封圈兼容性的測(cè)定試驗(yàn)方法和提議限制，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是ASTM D6546－2000，液壓油與橡膠密封材料的相容性測(cè)試建議指標(biāo)列于表2［8］。

表2 ASTM D6546－2000液壓油與橡膠密封材料的相容性測(cè)試建議指標(biāo)要求

續(xù)表

4 結(jié)果與討論

15號(hào)航空液壓油、40號(hào)稠化液壓油、L－HV 46低溫抗磨液壓油及L－HM 32抗磨液壓油與標(biāo)準(zhǔn)丁腈橡膠、聚氨酯橡膠密封材料的相容性測(cè)試結(jié)果列于表3。液壓油與丁腈橡膠的測(cè)試溫度及時(shí)間分別是100℃和240 h，液壓油與聚氨酯橡膠密封材料的測(cè)試溫度及時(shí)間分別是120℃和240 h。

表3 地面裝備用液壓油與丁腈橡膠、聚氨酯橡膠的相容性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

作為使用最為廣泛的橡膠密封材料，丁腈橡膠具有良好的耐油性能，可以在100℃溫度條件下長(zhǎng)期使用，因此在表3中可以發(fā)現(xiàn)，15號(hào)航空液壓油、40號(hào)稠化液壓油、L－HV 46低溫抗磨液壓油對(duì)浸泡后的丁腈橡膠的物理影響差別并不是很明顯，只是15號(hào)航空液壓油造成了丁腈橡膠更大的拉伸強(qiáng)度變化率。參照表2中液壓油與橡膠密封材料的相容性測(cè)試建議指標(biāo)，比較而言，L－HV 46低溫抗磨液壓油與丁腈橡膠的相容性更為優(yōu)異。

聚氨酯橡膠以其優(yōu)異的耐油、耐磨以及抗撕裂性能和優(yōu)良的抗臭氧氧化性能而用做氣缸和液壓缸的動(dòng)密封材料，尤其是工程裝備。但是在表3中不難看出，在設(shè)定的測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間條件下，聚氨酯橡膠經(jīng)過(guò)15號(hào)航空液壓油、40號(hào)稠化液壓油、L－HV 46低溫抗磨液壓油及L－HM 32抗磨液壓油浸泡后，拉伸強(qiáng)度變化率以及扯斷伸長(zhǎng)率變化率均接近100%，聚氨酯橡膠與上述任何一種液壓油均不相適應(yīng)，但是據(jù)內(nèi)部資料介紹，L－HM 32抗磨液壓油完全符合JCMAS P∶041對(duì)聚氨酯橡膠相容性的性能要求，拉伸強(qiáng)度變化率以及扯斷伸長(zhǎng)率變化率均在－30%之內(nèi)。作者認(rèn)為，國(guó)內(nèi)外聚氨酯橡膠密封材料配方及生產(chǎn)工藝的差異很可能就是造成L－HM 32抗磨液壓油測(cè)試結(jié)果差異的原因，因?yàn)橄抻趪?guó)內(nèi)的技術(shù)水平，國(guó)產(chǎn)聚氨酯橡膠密封材料的工作溫度最高不能高于80℃，基于國(guó)內(nèi)聚氨酯橡膠密封材料制造水平，選擇120℃、240 h的相容性測(cè)試條件并不恰當(dāng)。因此，在今后的研究工作中有必要進(jìn)一步深入開(kāi)展液壓油與聚氨酯橡膠密封材料的相容性研究，包括聚氨酯橡膠材料、測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間的選擇、合格性指標(biāo)的確定等方面。

表4列出了符合HG/T 2810標(biāo)準(zhǔn)的聚氨酯橡膠與JCMAS P∶041規(guī)格中使用的聚氨酯橡膠在基本性能指標(biāo)上的差異情況。

表4 國(guó)產(chǎn)與日本產(chǎn)聚氨酯橡膠在性能指標(biāo)上的差異情況

5 結(jié)論

液壓油與橡膠密封材料的相容性是其重要的設(shè)計(jì)和使用參數(shù)，但是目前尚未形成統(tǒng)一的相容性測(cè)試方法及測(cè)試結(jié)果判斷標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

地面裝備在用液壓油與丁腈橡膠的相容性試驗(yàn)，測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間分別是100℃和240 h，參照ASTM D6546－2000，L－HV 46低溫抗磨液壓油表現(xiàn)出了最為優(yōu)異的相容性能。

地面裝備在用液壓油與聚氨酯橡膠的相容性試驗(yàn)，測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間分別是120℃和240 h，15號(hào)航空液壓油、40號(hào)稠化液壓油、L－HV 46低溫抗磨液壓油及L－HM 32抗磨液壓油的拉伸強(qiáng)度變化率以及扯斷伸長(zhǎng)率變化率均接近100%，均表現(xiàn)出了極差的相容性。但是，據(jù)內(nèi)部資料報(bào)道，聚氨酯橡膠經(jīng)本L－HM 32抗磨液壓油浸泡之后，拉伸強(qiáng)度變化率以及扯斷伸長(zhǎng)率變化率均在－30%之內(nèi)，作者認(rèn)為，造成測(cè)試結(jié)果差異的原因很可能就在于國(guó)內(nèi)外聚氨酯橡膠密封材料配方及生產(chǎn)工藝的差異，基于國(guó)內(nèi)聚氨酯橡膠密封材料制造水平，選擇120℃、240 h的相容性測(cè)試條件并不恰當(dāng)。因此，在今后的研究工作中有必要進(jìn)一步深入開(kāi)展液壓油與聚氨酯橡膠密封材料的相容性研究，包括聚氨酯橡膠材料、測(cè)試溫度及測(cè)試時(shí)間的選擇、合格性指標(biāo)的確定等方面。

［1］HG/T 2810－96橡膠密封制品（1996）［S］.

［2］GB/T 14832－93橡膠材料與液壓流體的相容性試驗(yàn)［S］.

［3］ASTM D6158－99 Standard Specification for Mineral Hydraulic Oils［S］.

［4］MIL－PRF－6083F工作和防腐石油基液壓油［S］.

［5］MIL－PRF－46170C防銹抗燃合成烴基液壓油［S］.

［6］ТУ.38 1011258－89АУП液壓油［S］.

［7］JCMASP041－2004建設(shè)機(jī)械用液壓油（JCMASP∶041）［S］.

［8］ASTM D6546－2000 Standard Test Method for and Suggested Limits for Determ ining Compability of Elastomer Seals for Industrial Hydraulic Fluid Applications［S］.

Investigation on the Compatibility of Hyd raulic Fluid Used for Ground Equipments w ith Elastomer Seals

YANGMing1，XIONG Chun－h(huán)ua1，WU Fu－li2，YU Jun2
（1.POL Research Institute of General Logistics Department，PLA，Beijing 102300，China; 2.PetroChina Dalian Lubricating Oil R＆D Institute，Dalian 116032，China）

Testmethods of determining the compatibility between hydraulic fluid and elastomermaterial were compared，and four hydraulic fluids used for ground equipmentswere selected to detect the compatibility with nitrile－butadiene rubber（NBR）and polyurethane rubber under the specified temperature and time.Results show that hydraulic fluidsmentioned above are all in－compatibilitywith polyurethane rubber under the test conditions of120℃and 240 h.There is significant difference between the test results and the actual measurements published on the internalmagazine because of different formulations and manufacturing techniques athome and abroad.In our opinion，the selected conditions of120℃and 240 h for testing the compatibility of hydraulic fluid with polyurethane rubber is not adapted.

anti－wear hydraulic fluid;elastomer compatibility;NBR;polyurethane rubber

TE626.38

A

1002-3119（2012）02-0010-04

2011－09－26。

楊明（1976－），男，工程師，2002年畢業(yè)于北京化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，目前主要從事內(nèi)燃機(jī)油品的研制工作，已公開(kāi)發(fā)表論文數(shù)篇。