耐醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油氟醚橡膠的制備及性能

彭中亞，李 詠，楊曉飛

(國(guó)營(yíng)川西機(jī)器廠(chǎng),四川 成都 611936)

某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)需長(zhǎng)期在-50～200 ℃環(huán)境中使用，其滑油系統(tǒng)使用的油料介質(zhì)為多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油[1]。為防止多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油的氧化降解，并對(duì)接觸的金屬部件提供一定的防腐能力，防止重金屬元素，尤其是銅擴(kuò)散到潤(rùn)滑油中，催化其氧化分解，大部分多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中常添加一些苯三唑衍生物類(lèi)抑制劑，這些抑制劑大都呈堿性，會(huì)對(duì)氟醚橡膠分子主鏈構(gòu)成侵蝕，促進(jìn)其主鏈脫氟化氫過(guò)程，從而形成不飽和鍵，進(jìn)一步導(dǎo)致主鏈降解，最終造成橡膠性能的惡化，導(dǎo)致橡膠密封失效[2]。

為了適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)油液系統(tǒng)工作的要求，保證使用部位良好的密封，需研究一種具有較高硬度、性能優(yōu)異且成本低、環(huán)保的耐油氟橡膠材料，能夠在-50～200 ℃下，且在含有腐蝕抑制劑的多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期使用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

氟醚橡膠基膠：FLT-I，氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，中昊晨光化工研究院有限公司；氧化鋅(ZnO)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%，大連金石氧化鋅有限公司；熱裂解炭黑：N990，德國(guó)贏創(chuàng)公司；三異氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、2，5-二甲基-2，5-雙己烷(DBPH)、過(guò)氧化二異丙苯(DCP)、雙叔丁基過(guò)氧異丙基苯(BIPB)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%，濟(jì)南雙盈化工有限公司；十八烷基甲基丙烯酸酯：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

LX-A/C/D型硬度計(jì)：揚(yáng)州市源峰試驗(yàn)機(jī)械廠(chǎng)；T2000型拉力試驗(yàn)機(jī)：濟(jì)寧市同創(chuàng)機(jī)械有限公司；101-2A型烘箱：廣東佛衡儀器有限公司；ZS-401CEW-160型雙輥煉膠機(jī)：東莞市卓勝機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.3 配方設(shè)計(jì)與選擇

在醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期使用的氟橡膠材料的配方設(shè)計(jì)是根據(jù)某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)對(duì)橡膠密封件的使用要求以及橡膠密封件應(yīng)滿(mǎn)足的主要功能指標(biāo)，選擇合適的主體橡膠基料；并根據(jù)基料的交聯(lián)反應(yīng)機(jī)制選擇硫化劑、硫化助劑、硫化促進(jìn)劑；按功能互補(bǔ)原則選擇增強(qiáng)劑、吸酸劑。

選擇配方的依據(jù)是在醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期使用的氟橡膠材料需具有較高硬度、性能優(yōu)異且成本低、環(huán)保、耐油等特點(diǎn)，尤其適用于在-50～200 ℃下，且在含有腐蝕抑制劑的多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期使用的要求。因此，在醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期使用的氟醚橡膠材料主要成分有：橡膠基料、熱裂解炭黑、TAIC、硫化助劑、吸酸劑、硫化促進(jìn)劑[3]。

1.4 試樣制備

根據(jù)配方稱(chēng)取橡膠基料、熱裂解炭黑、TAIC、硫化助劑、吸酸劑、硫化促進(jìn)劑等原料。在混煉過(guò)程中，混煉機(jī)雙輥溫度為25～80 ℃，一次投料量為10 kg以下，輥距為5～10 mm，打三角包，整個(gè)混煉時(shí)間為10～30 min，最后出片厚度為5～10 mm。同時(shí)一段硫化溫度為160 ℃，時(shí)間為20 min，模具單位面積壓力為15 MPa；二段硫化溫度為220 ℃，時(shí)間為4 h，隨爐冷卻到室溫。

1.5 性能測(cè)試

硬度：按照GB/T 531.1—2008進(jìn)行測(cè)試；拉伸性能：按照GB/T 5720—2008進(jìn)行測(cè)試；熱空氣老化性能：按照GB/T 3512進(jìn)行測(cè)試；壓縮永久變形：按照GB/T 5720—2008進(jìn)行測(cè)試，壓縮率為25%；耐油性能：按照GB/T 1690—2010進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 氟醚橡膠在醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中的性能

某型發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的密封使用了大量的橡膠密封件，經(jīng)紅外光譜等方法檢測(cè)，這些橡膠件為氟醚橡膠，符合AMSR-83485的要求。通過(guò)分析比對(duì)，擬選用X型號(hào)的氟醚橡膠材料作為此類(lèi)橡膠密封件制備的首選膠料，并根據(jù)使用環(huán)境的要求，開(kāi)展了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可知，密度、硬度、拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)相當(dāng)，但在高溫空氣老化、耐潤(rùn)滑油后性能差異較大。如X型號(hào)膠料耐高溫潤(rùn)滑油指標(biāo)，在175 ℃、70 h潤(rùn)滑油中體積變化率為28.1%、質(zhì)量變化率為15.2%、壓縮永久變形為24.2%，已超出AMSR-83485耐介質(zhì)技術(shù)指標(biāo)的要求[4]。

表1 兩種氟醚橡膠的性能對(duì)比

氟醚橡膠是由氟生膠添加酸受體、填料、硫化劑經(jīng)混煉而成，其結(jié)構(gòu)是在主鏈和側(cè)鏈碳原子上含有氟原子的高分子聚合物，具有優(yōu)異的耐熱、耐臭氧和耐各種介質(zhì)的性能。氟醚橡膠密封圈廣泛用于航空、石油、潤(rùn)滑油及雙酯類(lèi)合成潤(rùn)滑油中。但X型號(hào)氟醚橡膠耐滑油較差，其原因是本發(fā)動(dòng)機(jī)要求使用的潤(rùn)滑油是添加有腐蝕抑制劑的多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油，這些抑制劑一般為小分子活性基團(tuán)，多呈堿性，對(duì)氟醚橡膠分子主鏈構(gòu)成侵蝕，促進(jìn)其主鏈脫HF過(guò)程，從而造成性能的惡化。

2.2 氟醚橡膠改性配方研制

根據(jù)X型號(hào)氟醚橡膠膠料在壓縮永久變形、耐熱空氣老化、耐醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油等方面的性能不足，開(kāi)展了膠料的改進(jìn)工作。在X型號(hào)氟醚橡膠生膠種類(lèi)、用量不變的基礎(chǔ)上，添加了硫化促進(jìn)劑，起到提高硫化程度、穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)的作用。同時(shí)調(diào)整了補(bǔ)強(qiáng)填料的配比，降低了膠料的剛性，提高其彈性，結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 不同添加劑改性配方

表3 不同配方耐油性能比較

從表3可以看出，通過(guò)硫化促進(jìn)劑、吸酸劑、增強(qiáng)劑等不同添加劑改性后制備的新型氟醚橡膠，其邵爾A硬度均為71，經(jīng)過(guò)多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油長(zhǎng)期浸泡后，其硬度降低3，變化不大，同時(shí)體積分別增大了13.2%、13.6%、13.7%，體積變化較X型號(hào)氟醚橡膠小，說(shuō)明油液被橡膠吸收較少，在200 ℃的多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中浸泡22 h，壓縮永久變形性能從24.2%降低到5.5%～9.5%。改進(jìn)后的氟醚橡膠的性能有不同程度提高，特別是耐多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油性能大幅提高。

2.3 氟醚橡膠膠料性能穩(wěn)定性

將同批次膠料每隔30 d進(jìn)行一次性能檢測(cè)，連續(xù)進(jìn)行了3次測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4 氟醚橡膠性能穩(wěn)定性研究

從表4可以看出，氟醚橡膠膠料在200 ℃、22 h條件下的壓縮永久變形，在200 ℃、70 h的多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中的壓縮永久變形、體積及硬度，在275 ℃、70 h熱空氣條件下的硬度及質(zhì)量變化均不大，性能穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。

2.4 氟醚橡膠膠料在不同潤(rùn)滑油介質(zhì)中的性能變化

除了多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油，同樣考察了氟醚橡膠膠料在國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)城4050號(hào)合成潤(rùn)滑油[5]及孚迪斯FDS-655-HTS合成潤(rùn)滑油中的性能，如表5所示。換潤(rùn)滑油介質(zhì)后，仍能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的耐油性能指標(biāo)，說(shuō)明研制的橡膠膠料可工作于滿(mǎn)足GJB1263-1991和MIL-PRF-23699 STD/HTS級(jí)要求的中黏度合成潤(rùn)滑油。

表5 氟醚橡膠在不同合成潤(rùn)滑油中的性能1)

2.5 優(yōu)化配方

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)最后得出優(yōu)化配方(質(zhì)量份)：橡膠基料100，熱裂解炭黑40～50，硫化劑2～4，硫化助劑1～2，吸酸劑5～10，硫化促進(jìn)劑1～2。

3 氟醚橡膠改進(jìn)前后性能對(duì)比

對(duì)改進(jìn)前后的橡膠膠料進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，結(jié)果如表6所示。

表6 氟醚橡膠改進(jìn)前后性能對(duì)比

從表6可知，拉伸強(qiáng)度有微小降低(滿(mǎn)足指標(biāo)要求)，壓縮永久變形及耐介質(zhì)性能都有很大提高，175 ℃下耐潤(rùn)滑油的體積變化率與質(zhì)量變化率均顯著降低。

4 結(jié) 論

通過(guò)配合技術(shù)研究，制備了耐多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油的氟醚橡膠材料，結(jié)果顯示制備的橡膠材料硬度較高，經(jīng)潤(rùn)滑油浸泡后的性能變化較小，能長(zhǎng)期處于高溫多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中，特別適用于在-50～200 ℃下，在含有腐蝕抑制劑的多元醇酯類(lèi)潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期使用。