過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層及制備方法研究

張東晉川，楊 浩

（成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司，四川 成都 611937）

某新型發(fā)動(dòng)機(jī)過熱金屬屑信號器是檢測滑油系統(tǒng)金屬雜質(zhì)和滑油超溫的報(bào)警裝置，其功能為當(dāng)滑油中有金屬雜質(zhì)或超過滑油的允許溫度時(shí)，以“轉(zhuǎn)速急降”和 “滑油中有金屬屑”信號形式報(bào)警。過熱金屬屑信號器在使用過程中，防護(hù)膠層出現(xiàn)裂紋、掉塊故障，會導(dǎo)致過熱金屬屑?xì)んw與濾芯接觸，過熱金屬屑信號器內(nèi)磁極和磁鐵之間形成電氣接點(diǎn)，產(chǎn)生虛假報(bào)警，同時(shí)防護(hù)膠層掉下的塊狀物會堵塞油路，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作失效。

為了適應(yīng)某型發(fā)動(dòng)機(jī)過熱金屬屑信號器工作的要求，保證使用部位絕緣和隔熱，需研究一種使用方便，與過熱金屬屑信號器涂敷面結(jié)合緊密，絕緣性能良好，隔熱效果好，能承受200℃高溫和滑油侵蝕的防護(hù)膠層組合物，保證過熱金屬屑信號器的防護(hù)膠層在工作過程中不易產(chǎn)生裂紋、掉塊。

1 配方

1.1 配方設(shè)計(jì)與選擇

過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層的配方設(shè)計(jì)是根據(jù)防護(hù)膠層的用途和主要功能指標(biāo)，選擇合適的主體樹脂；根據(jù)主體樹脂的交聯(lián)反應(yīng)機(jī)制，選擇固化劑；按功能互補(bǔ)原則選擇助劑與添加劑。

選擇配方的依據(jù)是研制的過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層需承受200℃高溫和滑油侵蝕，使用過程中應(yīng)與過熱金屬屑信號器螺紋面結(jié)合緊密，不能出現(xiàn)裂紋、掉塊、脫落，同時(shí)需要有良好絕緣性能和隔熱效果。因此，本過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層主要成分有： E-44環(huán)氧樹脂、W30-4有機(jī)硅絕緣漆清漆、Y3-80端羥基丁腈橡膠、 D230聚醚胺、對苯二胺、石棉粉（200目）等。

1.2 配制

根據(jù)配方稱取E-44環(huán)氧樹脂和W30-4有機(jī)硅絕緣漆倒入容器中混合成均勻樹脂，將Y3-80端羥基丁腈橡膠加入混合均勻樹脂中并不斷攪拌至均勻狀態(tài)，再加入經(jīng)（200±5）℃烘干200目篩網(wǎng)過篩處理后的石棉粉，最后加入已混合均勻的聚醚胺和對苯二胺，不斷攪拌直至成為均勻，無凝塊，顏色棕色至深棕色的稠狀物質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂與有機(jī)硅樹脂的并用

E-44環(huán)氧樹脂和W30-4有機(jī)硅絕緣漆組成了防護(hù)膠層組合物的主體樹脂。E-44環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，含有極性脂肪族羥基、醚鍵、甲基和環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)，具有良好的耐化學(xué)性、韌性、粘結(jié)性、高溫性能和剛性，固化過程分子之間的結(jié)合鍵基本無變化，無低分子物產(chǎn)生和揮發(fā)，體積收縮小于2%，固化物耐老化、耐化學(xué)介質(zhì)性能好，有良好的加工性能和施工工藝性能，可長期在135~150℃的環(huán)境中使用。W30-4有機(jī)硅絕緣漆是純有機(jī)硅樹脂溶于甲苯溶液中，具有較高的耐熱性（200℃大于75 h）、介電性、耐濕性和H級絕緣性，但熱彈性小，硬度大，與基材結(jié)合力較差。通過調(diào)整E-44環(huán)氧樹脂和W30-4有機(jī)硅絕緣漆的比例，達(dá)到即可解決防護(hù)膠層的絕緣性和高耐熱性，又可以解決其高反應(yīng)活性問題。表1是E-44環(huán)氧樹脂和W30-4有機(jī)硅絕緣漆與同種固化劑同量固化后性能數(shù)據(jù)。從表1可以看出環(huán)氧樹脂與有機(jī)硅樹脂改性配合提高了主體樹脂的耐熱性、抗溫變性，絕緣性。因此本過熱金屬屑信號器防護(hù)層選用的主體樹脂能在200℃下長期使用，耐熱性和耐腐蝕性良好。

表1 主體樹脂對防護(hù)層性能影響Tab.1 Influence of main resin on the performance of protective layer

2.2 端羥基丁腈橡膠改性增加防護(hù)層韌性

過熱金屬屑信號器由永久磁鐵、圍繞磁鐵配置的磁極組成，安裝在放滑油總管和從渦輪后支承回滑油總管中，其使用的最高溫度為200℃，介質(zhì)為滑油。因此在修理裝配時(shí)需檢查過熱金屬屑信號器的工作情況，對產(chǎn)生裂紋、掉塊的過熱金屬屑信號器進(jìn)行修復(fù)，確保過熱金屬屑信號器的防護(hù)膠層能長期工作在200℃滑油介質(zhì)中，且能承受高溫、滑油的沖刷和壓力，使用過程中不產(chǎn)生裂紋、掉塊等。

圖1 過熱金屬屑信號器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of superheated metal chip signal device

由于過熱金屬屑信號器涂敷防護(hù)膠膠層的螺紋部位直徑小且為螺紋結(jié)構(gòu)，因此防護(hù)膠層需要有一定的韌性，采用加入Y3-80端羥基丁腈橡膠進(jìn)行改性，帶活性官能團(tuán)的丁腈橡膠增韌劑，對環(huán)氧樹脂進(jìn)行有效增韌的同時(shí)提高耐熱性，解決防護(hù)層組合物韌性和耐熱性的矛盾。

2.3 固化劑的選用及配比影響

由于改性環(huán)氧有機(jī)硅樹脂是熱塑性線型結(jié)構(gòu)的樹脂，其本身不會固化，需要固化劑使樹脂分子交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，才能成為不溶不熔的固體物質(zhì)，從而具有良好的耐化學(xué)性能、絕緣性能以及機(jī)械性能，因此固化劑是過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層不可缺少的成分，它和主體聚合物起反應(yīng)而進(jìn)入分子結(jié)構(gòu)中，可以提高粘合強(qiáng)度、內(nèi)聚強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、耐介質(zhì)性、耐熱性和抗蠕變性等。表2是擬選用固化劑性能比較。

表2 固化劑性能比較Tab.2 Performance comparison of curing agent

為了解決低溫固化和高耐熱性的匹配性，采用反應(yīng)活性較高聚醚胺和對苯二胺作為固化劑。聚醚胺是濕度相對不敏感的固化劑，既是環(huán)氧樹脂的彈性改性體，又是環(huán)氧樹脂的固化劑，同時(shí)解決丁腈橡膠增韌劑易吸濕的問題，苯二胺為芳香胺固化劑可提高固化物的耐熱性和耐化學(xué)品性。通過調(diào)整聚醚胺和對苯二胺的比例，解決防護(hù)層的低溫固化和高耐熱性的匹配性。

2.4 填料的選用

根據(jù)過熱金屬屑信號器防護(hù)層的使用環(huán)境和要求，需增加防護(hù)層的耐沖擊性和耐熱性，降低成本，增加硬度和耐磨性，降低環(huán)氧樹脂的收縮率，改善工藝性和耐久性等作用需選填料。石棉粉是含有纖維的粉狀非金屬材料，其細(xì)長而柔韌的纖維即增加了膠層的延展性，又提高膠層的粘結(jié)力，是常用膠結(jié)材料，可提高膠結(jié)力。表3是填料性能比較。從表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，采用石棉粉作為填料，可提高防護(hù)膠層的結(jié)合力以及抗擊穿性能，因此選擇了石棉粉作為填料。

表3 填料性能比較Tab.3 Performance comparison of filler

2.5 優(yōu)化配方

過熱金屬屑信號器最高溫度為200℃，且涂敷防護(hù)膠膠層的螺紋部位直徑小、膠層厚度需控制在1 mm左右。因此，本防護(hù)膠層需要與過熱金屬屑信號器涂敷面結(jié)合緊密，絕緣性能良好，隔熱效果好，能承受200℃高溫和滑油侵蝕，且使用過程中防護(hù)膠層不易產(chǎn)生裂紋、掉塊。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)比對，過熱金屬信號器優(yōu)化配方如下：

E-44環(huán) 氧 樹 脂， 50%~60%；W30-4有 機(jī) 硅絕緣漆清漆10%~20%；Y3-80端羥基丁腈橡膠6%~8%；D230聚醚胺，適量；對苯二胺， 適量；石棉粉，適量。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 過熱金屬屑信號器防護(hù)層工藝性能試驗(yàn)

將配制好的過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層涂在試片或產(chǎn)品上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，防護(hù)層結(jié)合好，無松動(dòng)現(xiàn)象，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 過熱金屬信號器防護(hù)層性能試驗(yàn)Tab.4 Performance test of protective layer for superheated metal signal device

3.2 長期運(yùn)轉(zhuǎn)考核

采用過熱金屬屑信號器防護(hù)膠修復(fù)的過熱金屬信號器和對比試片放入200℃滑油中長期浸泡，信號器經(jīng)過750 h，其表面膠層無裂紋、無脫落，絕緣性和導(dǎo)通性均達(dá)到性能指標(biāo)要求，對比試驗(yàn)的剪切強(qiáng)度也符合要求。具體如圖2所示。

圖2 過熱金屬屑信號器防護(hù)膠層浸泡示意圖Fig.2 Schematic diagram of protective adhesive layer immersion for superheated metal chip signal device

4 結(jié)語

采用環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅絕緣漆為主體樹脂制備的防護(hù)層材料具有絕緣性好和耐熱性高的特點(diǎn)，解決了防護(hù)層材料高反應(yīng)活性的問題，修復(fù)采用的防護(hù)層絕緣性能和隔熱性能好，能承受高溫和滑油侵蝕，使用過程中不易產(chǎn)生裂紋、脫落、保證了過熱金屬屑信號器保護(hù)層性能要求；通過加入端羥基丁腈橡膠解決了防護(hù)層韌性和耐熱性的矛盾；以聚醚胺和對苯二酚作為固化劑，同時(shí)解決了端羥基丁腈橡膠吸潮的問題，提高耐熱性和耐化學(xué)品性；以石棉粉作為添加劑，提高防護(hù)層的耐沖擊性和耐熱性，降低了成本，增加硬度和耐磨性，降低環(huán)氧樹脂的收縮率。

通過以上配方的選擇與配合，研制的過熱金屬屑信號器的防護(hù)層具有絕緣、隔熱、耐熱和抗滑油侵蝕的作用，達(dá)到了對某型發(fā)動(dòng)機(jī)過熱金屬屑信號器的防護(hù)層修復(fù)。