一款汽車汽油輸油管用o型圈膠料配方設(shè)計

姬燕飛 王紅梅 原曉城 張國寧

一款汽車汽油輸油管用o型圈膠料配方設(shè)計

姬燕飛 王紅梅 原曉城 張國寧

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）

根據(jù)O型圈使用環(huán)境的工作介質(zhì)和工作溫度選擇主體耐介質(zhì)膠種，并針對填充體系、硫化體系和防老體系進行種類的變化及用量調(diào)整，經(jīng)過耐油性能和力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)對比，得到一種耐使用介質(zhì)，壓縮永久變形適中、耐磨、抗擠壓性優(yōu)異、適合工業(yè)化生產(chǎn)的性價比較高的混合汽油燃油動力汽車輸油管O型圈膠料配方。

耐介質(zhì)；壓縮永久變形；O型圈；橡膠配方

1 前言

在關(guān)系國計民生的機床、船舶工程、汽車行業(yè)、航空航天、各類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工程機械和儀器儀表中都離不開橡膠密封產(chǎn)品。近年來為保護環(huán)境，國內(nèi)汽油燃油中的辛烷值逐漸提高，鉛含量逐漸減少，尤其是添加乙醇成分的混合燃油已成為發(fā)展趨勢[1]。除了環(huán)保方面要求，汽車用汽油為提高燃燒效率還添加了很多組分，其中包括不乏對橡膠有腐蝕性作用成分如甲醇、芳族化合物、甲基叔丁基醚和過氧化物等[2]，因此對在乙醇汽油燃油環(huán)境下使用的汽車輸油管用O型圈的耐油、耐酸堿、耐磨損及耐化學(xué)腐蝕方面提出了更高的要求，以防止燃油中的添加劑與硫化橡膠發(fā)生化學(xué)作用，侵蝕橡膠分子鏈?zhǔn)筄型圈失效。

本款產(chǎn)品在戶外條件使用，使用溫度條件范圍在-30℃～+60℃，介質(zhì)為乙醇汽油。而丁腈橡膠隨丙烯腈含量增加耐混合燃油性能提高已成為國內(nèi)外專家的普遍共識[3]。因此我們決定選用丁腈橡膠作為此款O型密封圈的主體膠種。同時為滿足設(shè)計使用多項性能指標(biāo)要求，在提高橡膠性能和改善工藝方面平衡考慮各配合體系，通過配合劑種類和用量的調(diào)整，經(jīng)過試驗驗證確定最佳配合的比例關(guān)系完成最終配方設(shè)計。

圖1 橡膠O型圈密封制品

2 試驗部分

2.1 主要原材料

丁腈橡膠N220S/230S/240S JSR株式會社；HNBR4367 朗盛化學(xué)（中國）有限公司；DCP 天津諾力昂過氧化物有限公司；TAIC 江蘇華星新材料科技股份有限公司；活性氧化鋅 大連氧化鋅廠；CTP 浙江黃巖浙東橡膠助劑有限公司。其他助劑均為橡膠工業(yè)常用工業(yè)級材料。

2.2 儀器與設(shè)備

75L密煉機，大連橡塑機械廠；XK-550型開煉機，呼和浩特市新生聯(lián)合機械廠；X（S）K-160B型開煉機，青島市第三橡膠機械廠制造；100KN電子拉力機，長春科新科技有限公司；0.63兆牛半自動壓力成型機，上海西瑪偉力橡塑機械有限公司；換氣老化試驗箱QLH-100，江蘇艾默生試驗儀器有限公司；電子精密天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Z116型彈性試驗機，天津材料試驗機廠。

2.3 試驗配方及性能測試

2.3.1 橡膠配方性能測試

硫化膠硬度按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第一部分：邵氏硬度計法(邵爾硬度)》執(zhí)行。

橡膠強伸性能按照GB/T 528-2009 《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》執(zhí)行。

硫化橡膠回彈性能按照GB/T 1681-2009 《硫化橡膠回彈性的測定》執(zhí)行。

硫化橡膠耐油性能按照GB/T 1690-2010《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗方法》執(zhí)行。

100℃×24h壓變性能按照GB/T 7757-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓縮應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》執(zhí)行。

熱氧老化按照GB/T 3512-2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗》進行測試。

O型圈物理機械性能技術(shù)指標(biāo)參照HG/T 3089-2001《燃油用O形橡膠密封圈膠料》制定。

3 結(jié)果與討論

3.1 試驗基礎(chǔ)配方

設(shè)計的試驗基礎(chǔ)配方如下所示N220S 100.0/N230S 100.0/ N240S 100.0/HNBR 100.0，氧化鋅2.0，MB 1.0，SA1.5，防RD1.0，N774 30.0，白炭黑5.0，Si-69 1.0，DOP 4.0， DCP 3.0，TAIC 2.0。生膠包輥→促進劑→防老劑→炭黑→液體增塑劑→硫化劑→下片。不作特殊說明的情況下，本實驗丁腈配方強伸試片、壓變試樣硫化條件160℃×20min；氫化丁腈配方強伸試片硫化條件175℃×15 min，壓變試樣一硫175℃×20 min，二硫160℃×5h。

輸油管O型圈配方主體膠種變量如下表1所示。

表1 輸油管O型圈主體膠種變量表

性能測試結(jié)果見下表2：

表2 性能測試結(jié)果列表

從上表2看出，2#和4#配方硬度、力學(xué)性能、回彈性能測試結(jié)果較其它配方優(yōu)異符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。4個配方耐燃油B體積變化率相差不大，1#和4#配方熱氧老化強度變化率最大。這是配合劑在橡膠中的溶解度和硫化網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)程度不同造成；N230S丙烯腈含量為33.5～36.5%，硫化膠體現(xiàn)出良好的耐油性能及綜合性能。因此對選擇2#配方硫化體系進行調(diào)整并進一步硫化體系優(yōu)化性能。

N230S 100.0，氧化鋅2.0，MB 1.0，SA1.5，防RD1.0，N774 30.0，白炭黑5.0，Si-69 1.0，DOP 4.0，硫化體系變量如下表3所示。

表3 輸油管O型圈硫化體系變量表

測試結(jié)果見下表4：

表4 性能測試結(jié)果列表

從上表看丁腈橡膠采用硫化體系配方6#力學(xué)性能、耐油、耐熱氧老化性能最優(yōu)異，TT在此體系中不僅僅作為促進劑使用同時還參與分子交聯(lián)體系的形成又起到了硫化劑的作用，性能與指標(biāo)要求最吻合的同時還降低了配方對相對價格較高的DCP的配比，降低了配方整體成本。

3.2 膠料配方密煉工藝放樣及測試

小配合試驗橡膠配方后，使用6#配方在75L 密煉機膠料混煉制備。

打開料倉門投料后關(guān)閉料門并降下頂栓混煉2min±0.1min，抬上頂栓加氧化鋅、防老劑、硬脂酸、促進劑降下頂栓混煉1min±0.1min，抬上頂栓加炭黑、增塑劑劑降下頂栓混煉4min±0.1min，清掃2次，清掃后，降下頂栓混煉1～2min，排膠。排膠溫度≤145℃。

排膠后膠溫降至100℃以下，開煉機前后輥溫控制在40-50℃。在開煉機上包輥混煉至均勻、無孔洞后加入硫化劑，打開搗膠架進行膠料勻化，3min±0.1min后進行薄通，三包兩卷后按照厚度6～10mm，長度1.5m下大片，掛片冷卻停放8h后性能快檢性能測試：合格后使用。

表5 6#配方開煉密煉性能對照表

從表中看出配方經(jīng)密煉工藝放樣后，性能指標(biāo)相差不大，數(shù)據(jù)分布均勻穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）綜合力學(xué)性能、耐介質(zhì)、耐老化考慮配方6#性能最優(yōu)，成本適中，性價比最高；

（2）使用配方6#密煉工藝可以生產(chǎn)滿足使用條件指標(biāo)要求的汽車輸油管O型圈配方膠料。

[1]白代彤,王錫斌,蔡建,等.乙醇汽油混合燃料顆粒物排放的特性[J].內(nèi)燃機學(xué)報,2012,30(06):511-518.

[2]劉志軍.車用汽油及其添加劑綜述[J].化工設(shè)計通訊,2018,44(01):233.

[3]楊殿榮,辛振祥.現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社 2002

姬燕飛，男，1983年生，安徽碭山人，橡膠加工工藝高級工程師，現(xiàn)在天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司從事膠布制品研發(fā)和工藝控制工作。