一種耐高溫潤滑油與橡膠的相容性考察

史艷梅，邢彬，馬羽飛，王杰

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧　沈陽　110043）

一種耐高溫潤滑油與橡膠的相容性考察

Study on compatibility of a high temperature lubricating oil and rubber

史艷梅，邢彬，馬羽飛，王杰

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110043）

闡述了航空發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)用不同橡膠材料與一種耐高溫潤滑油（牌號為FDS655-HTS）的相容性考察的試驗(yàn)過程。主要完成了不同試驗(yàn)條件下三種橡膠浸泡FDS655-HTS潤滑油后的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、壓縮永久變形、浸油質(zhì)量及體積變化等性能分析。結(jié)果表明潤滑油與三種橡膠的相容性良好，可以用于發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)，確保使用安全性和可靠性。

橡膠；耐高溫潤滑油；橡膠相容性；航空發(fā)動機(jī)

航空發(fā)動機(jī)技術(shù)對潤滑材料提出了新的要求，其中最重要的是工作溫度范圍更寬，使得系統(tǒng)中橡膠與潤滑油的耐高溫性能及二者的相容性成為研制和應(yīng)用的重點(diǎn)。潤滑系統(tǒng)使用的成熟橡膠品種包括丁腈橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠三大類多個牌號，用于制造各種動、靜密封的橡膠零件。在發(fā)動機(jī)新選用的FDS655—HTS潤滑油標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了按SH/T0436—1992方法與NBR-H丁腈橡膠及與BF 氟橡膠的體積膨脹率性能，但是針對滑油系統(tǒng)使用的大量不同牌號的橡膠材料及零件，必須開展適用性研究，以確保橡膠密封件在使用工作溫度及介質(zhì)中長期可靠密封，避免泄漏和造成大的事故[1]。

1　試驗(yàn)方案

橡膠材料是在航空發(fā)動機(jī)上應(yīng)用最多的密封材料，尤其是在潤滑系統(tǒng)中，這些橡膠制件不僅牌號多，而且數(shù)量大，任何一個零件不能正常工作，都會影響發(fā)動機(jī)整體的工作?？梢哉f，潤滑油與橡膠的相容性是保證潤滑系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵性能。密封零件的膠料應(yīng)能保持在工作介質(zhì)及壓縮下具有良好的彈性恢復(fù)能力，并保持適度溶脹或收縮[2]。

針對發(fā)動機(jī)上新選用的FDS655-HTS耐高溫潤滑油接觸到潤滑系統(tǒng)多種橡膠的情況，為保證橡膠密封件使用的可靠性，經(jīng)與設(shè)計部門協(xié)商，根據(jù)航空發(fā)動機(jī)用的橡膠材料的種類及各種橡膠的特點(diǎn)，選擇了5080-2丁腈橡膠、FX-4氟橡膠、氟硅橡膠作為典型材料進(jìn)行了相容性的試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、硬度、浸介質(zhì)質(zhì)量及體積變化、恒定壓縮永久變形等，全方位考察潤滑油與橡膠的相容性[3]。

其中5080-2丁腈橡膠是為丁腈-18和丁腈-26的混合物，適于制造耐燃油和液壓油密封零件，使用溫度-55~150℃，丁腈橡膠零件不是長期在滑油中工作，但在特殊情況下有可能接觸合成滑油，但溫度較低，因此制定的試驗(yàn)條件是70℃×72 h；FX-4氟橡膠屬于低壓縮永久變形氟橡膠，是適于各種耐油、耐熱的密封零件，主要用于制造長期在-40~250℃空氣中或-40~180℃石油基潤滑油、燃油、液壓油、合成酯類油中工作的活動和固定橡膠零件；氟硅橡膠為具有氟代烷基的聚硅氧烷，使用溫度-60~200℃，適于制造燃油、滑油、空氣系統(tǒng)的密封件。

橡膠的性能中，拉伸性能是所有橡膠首先應(yīng)該考慮的性能，包括拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率；硬度在一定程度上與其它性能相關(guān)；而橡膠通常處于壓縮狀態(tài)，受壓后，去除外力，其不能恢復(fù)的變形，稱為壓縮永久變形，在油中和高溫條件下更為明顯，影響密封性能，是橡膠件的主要性能；硫化橡膠是一種部分交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子，加入了硫化劑、促進(jìn)劑、增塑劑、防老劑，在橡膠浸泡于介質(zhì)中時，特別是高溫的油介質(zhì)中，橡膠分子的鏈段運(yùn)動加快，空出一定的間隙，油介質(zhì)漸漸滲入到橡膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，可使其膨脹，同時，橡膠中的增塑劑等也可能被油抽提出來，導(dǎo)致收縮，浸介質(zhì)體積、重量變化也是橡膠的重要性能[4]。

2　試驗(yàn)過程

2.1FDS655----HTS潤滑油的性能檢測

FDS655-HTS潤滑油為一種新型合成潤滑油，基礎(chǔ)油為季戊四醇酯，具備低傾點(diǎn)（-60℃以下）、高閃點(diǎn)（250℃以上）、高飽和度、合適的黏度以及較低的酸值。其明顯優(yōu)勢為高溫下的抗氧化性，推薦使用溫度范圍：-40~210℃。按照GJB1263，進(jìn)行了潤滑油的基礎(chǔ)性能檢測結(jié)果見表1，并與同類型4050潤滑油的性能進(jìn)行了對比。

表1試驗(yàn)結(jié)果表明：FDS655-HTS潤滑油的基礎(chǔ)性能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，其對標(biāo)準(zhǔn)橡膠的相容性結(jié)果在指標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)。

表1　潤滑油的性能檢測結(jié)果

2.2潤滑油與橡膠相容性的試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1FDS655----HTS潤滑油、4050潤滑油與丁腈橡膠材料的相容性

對比試驗(yàn)結(jié)果見表2，此項(xiàng)試驗(yàn)由于非常規(guī)性能，無參考指標(biāo)。

表2試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）兩個牌號潤滑油對5080-2丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率產(chǎn)生的變化較小，其中5080-2橡膠浸泡FDS655-HTS潤滑油后其拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率反而增大，分析認(rèn)為高溫促進(jìn)了橡膠的進(jìn)一步交聯(lián)。

（2）兩個牌號潤滑油均使5080-2橡膠硬度有所降低，且降低幅度均較大。

（3）兩個牌號潤滑油均使5080-2橡膠產(chǎn)生一定的質(zhì)量增加和體積膨脹，F(xiàn)DS655-HTS使5080-2橡膠的質(zhì)量增加率和體積膨脹率更大。

表2　潤滑油與5080-2丁腈橡膠的相容性試驗(yàn)結(jié)果

（4）FDS655-HTS使5080-2橡膠的恒定壓縮永久變形更大。

2.2.2FDS655----HTS潤滑油、4050潤滑油與氟橡膠的相容性

對比試驗(yàn)結(jié)果見表3，此項(xiàng)試驗(yàn)針對使用性能設(shè)計，無參考指標(biāo)。

表3試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）兩個牌號潤滑油對FX-4氟橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率均產(chǎn)生一定的降低，4050潤滑油使FX-4氟橡膠的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率的降低較大。

表3　潤滑油與FX-4氟橡膠材料的相容性試驗(yàn)結(jié)果

（2）兩個牌號潤滑油均使FX-4氟橡膠的硬度有所降低，且降低幅度較大。

（3）兩個牌號潤滑油均使FX-4氟橡膠產(chǎn)生一定的質(zhì)量增加和體積膨脹，F(xiàn)DS655-HTS潤滑油使FX-4氟橡膠的質(zhì)量增加率和體積膨脹率更大。

（4）4050潤滑油使FX-4氟橡膠的恒定壓縮永久變形更大。

2.2.3FDS655----HTS潤滑油、4050潤滑油與氟硅橡膠的相容性

對比試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）兩個牌號潤滑油均使氟硅橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率有一定降低，其中FDS655-HTS潤滑油對橡膠影響更大，但均符合參考指標(biāo)要求。

表4　潤滑油與氟硅橡膠材料的相容性試驗(yàn)結(jié)果

（2）兩個牌號潤滑油均使氟硅橡膠的硬度有所降低。

（3）兩個牌號潤滑油均使氟硅橡膠產(chǎn)生一定的質(zhì)量增加和體積膨脹，F(xiàn)DS655-HTS潤滑油使氟硅橡膠的質(zhì)量增加率和體積膨脹率稍大。

（4）4050潤滑油使氟硅橡膠的恒定壓縮永久變形更大，從彈性恢復(fù)性能來看，F(xiàn)DS655-HTS潤滑油對氟硅橡膠的影響更小。

3　結(jié)果分析

（1）FDS655-HTS、4050兩個牌號潤滑油對5080-2丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、硬度產(chǎn)生的變化相當(dāng)，F(xiàn)DS655-HTS使5080-2橡膠的質(zhì)量增加率和體積膨脹率、恒定壓縮永久變形更大。

（2）兩個牌號潤滑油對FX-4氟橡膠產(chǎn)生的硬度降低相當(dāng)，4050潤滑油使FX-4氟橡膠的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率的降低以及恒定壓縮永久變形更大，F(xiàn)DS655-HTS潤滑油使FX-4氟橡膠的質(zhì)量增加率和體積膨脹率更大。

（3）兩個牌號潤滑油對氟硅橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、硬度產(chǎn)生的變化相當(dāng)，F(xiàn)DS655-HTS潤滑油使氟硅橡膠的質(zhì)量增加率和體積膨脹率稍大，4050潤滑油使氟硅橡膠的恒定壓縮永久變形更大。

（4）總體來看，F(xiàn)DS655-HTS、4050兩個牌號潤滑油對丁腈橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠性能產(chǎn)生一定的影響，但浸油后橡膠性能的變化相當(dāng)，按4050滑油的使用經(jīng)驗(yàn)，F(xiàn)DS655-HTS與三種橡膠的相容性良好。

4　結(jié)論

本文通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了FDS655-HTS潤滑油與發(fā)動機(jī)典型的丁腈橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠的相容性參考文獻(xiàn)：

良好，可以滿足該3種橡膠材料的密封性要求，可以在高溫下長期可靠工作。

[1] 顏如皋，劉伯操，吳世平，等.中國航空材料手冊（第2版，第8卷）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2002.

[2]董浚修.潤滑原理及潤滑油.北京：中國石化出版社， 1998.

[3] 顏志光.新型潤滑材料與潤滑技術(shù)實(shí)用手冊.北京；國防工業(yè)出版社， 1999.

[4] 苗蓉，賴忠惠，章菊華.航空非金屬材料性能測試技術(shù)（橡膠與密封劑）.北京；化學(xué)工業(yè)出版社， 2014.

(R-03)

塑料激光焊接也能多姿多彩

21世紀(jì)初以來，塑料激光焊接技術(shù)重獲新生。其始于電子工業(yè)，在其他如汽車工業(yè)等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)中，得到應(yīng)用。作為非摩擦焊的三種焊接工藝之一，激光焊接是一種溫和的、潔凈的連接工藝?？梢詰?yīng)用于幾何外形復(fù)雜的產(chǎn)品的焊接，以及應(yīng)用于其他焊接方式難以連接的材料。

僅僅2016年上半年，已經(jīng)有不少關(guān)于來自于主要的焊接設(shè)備供應(yīng)商，必能信和杜肯，全新激光焊接設(shè)備的報道，包括減少溢料的塑料焊接和專門焊接復(fù)雜外形零件的大型焊機(jī)。此外的消息還有，日本松下汽車系統(tǒng)公司宣布將為激光焊接研發(fā)和量產(chǎn)PBT成型塑料。其應(yīng)用于汽車開關(guān)和傳感器。據(jù)報道，這種新塑料可以增強(qiáng)設(shè)計彈性和長期可靠性。

目前奧美凱公司、 美國凱霍加福爾斯、俄亥俄和德國的樂普科光電公司合作開發(fā)一種激光塑料焊接技術(shù)。與使用傳統(tǒng)材料相比，該技術(shù)為制造商節(jié)省重量、時間和成本，同時保持甚至優(yōu)化零件的外觀質(zhì)量。

在塑料激光焊接工藝中，兩個塑料件通過激光輻射連接在一起。被焊接的塑料上層傳遞能量，下層吸收能量，激光在下層加熱材料并使兩個兼容的材料粘結(jié)在一起。下層通常以高吸收性的色素為基材，如炭黑。在這項(xiàng)技術(shù)的合作關(guān)系中，樂普科提供生產(chǎn)設(shè)備和塑料激光焊接的工藝方案，而奧美凱為上下層提供定制的著色技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計美學(xué)，奧美凱公司稱，可以在傳遞能量的上層進(jìn)行配色，使激光可以穿透上層，并在吸收能量的下層完成激光焊接。

這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療和快消業(yè)。奧美凱的研發(fā)小組負(fù)責(zé)人Brett Conway舉了個例子來解釋這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢：對汽車尾燈外殼的焊接，塑料激光焊接可以確保焊縫是牢固的。“樂普科的焊接設(shè)備加上奧美凱的著色技術(shù)，接縫只有沿著尾燈頂部才可見，其已經(jīng)作為尾燈創(chuàng)新設(shè)計的一部分。

樂普科老總Stephen Schmidt還稱，“盡管塑料激光焊接已經(jīng)存在了超過10年，但市場需求近幾年才開始增長，因?yàn)槠囍圃焐淘谥圃旃に嚿显桨l(fā)追求更好的質(zhì)量方案，輕量化和機(jī)器人裝配。得益于能為大部分零件進(jìn)行顏色定制的能力，使得激光焊接能與汽車內(nèi)飾或外飾的其他部件相匹配。”

摘編自“中國聚合物網(wǎng)”

TQ333.93TQ333.7

1009-797X(2016)18-0052-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.013

史艷梅（1972-），女，高級工程師，主要從事非金屬材料的研制和應(yīng)用研究工作。

2016-07-17