耐醇酯類潤滑油氟醚橡膠的制備及性能

2021-09-16 02:58:48彭中亞楊曉飛

彈性體 2021年4期

彭中亞，李詠，楊曉飛

(國營川西機器廠,四川成都 611936)

某型飛機發動機需長期在-50～200 ℃環境中使用，其滑油系統使用的油料介質為多元醇酯類潤滑油[1]。為防止多元醇酯類潤滑油的氧化降解，并對接觸的金屬部件提供一定的防腐能力，防止重金屬元素，尤其是銅擴散到潤滑油中，催化其氧化分解，大部分多元醇酯類潤滑油中常添加一些苯三唑衍生物類抑制劑，這些抑制劑大都呈堿性，會對氟醚橡膠分子主鏈構成侵蝕，促進其主鏈脫氟化氫過程，從而形成不飽和鍵，進一步導致主鏈降解，最終造成橡膠性能的惡化，導致橡膠密封失效[2]。

為了適應航空發動機油液系統工作的要求，保證使用部位良好的密封，需研究一種具有較高硬度、性能優異且成本低、環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潤滑油中長期使用。

1 實驗部分

1.1 原料

氟醚橡膠基膠：FLT-I，氟質量分數為70%，中昊晨光化工研究院有限公司；氧化鋅(ZnO)：質量分數為99%，大連金石氧化鋅有限公司；熱裂解炭黑：N990，德國贏創公司；三異氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、2，5-二甲基-2，5-雙己烷(DBPH)、過氧化二異丙苯(DCP)、雙叔丁基過氧異丙基苯(BIPB)：質量分數為99%，濟南雙盈化工有限公司；十八烷基甲基丙烯酸酯：質量分數為95%，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器及設備

LX-A/C/D型硬度計：揚州市源峰試驗機械廠；T2000型拉力試驗機：濟寧市同創機械有限公司；101-2A型烘箱：廣東佛衡儀器有限公司；ZS-401CEW-160型雙輥煉膠機：東莞市卓勝機械設備有限公司。

1.3 配方設計與選擇

在醇酯類潤滑油中長期使用的氟橡膠材料的配方設計是根據某型飛機發動機潤滑油系統對橡膠密封件的使用要求以及橡膠密封件應滿足的主要功能指標，選擇合適的主體橡膠基料；并根據基料的交聯反應機制選擇硫化劑、硫化助劑、硫化促進劑；按功能互補原則選擇增強劑、吸酸劑。

選擇配方的依據是在醇酯類潤滑油中長期使用的氟橡膠材料需具有較高硬度、性能優異且成本低、環保、耐油等特點，尤其適用于在-50～200 ℃下，且在含有腐蝕抑制劑的多元醇酯類潤滑油中長期使用的要求。因此，在醇酯類潤滑油中長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、硫化促進劑[3]。

1.4 試樣制備

根據配方稱取橡膠基料、熱裂解炭黑、TAIC、硫化助劑、吸酸劑、硫化促進劑等原料。在混煉過程中，混煉機雙輥溫度為25～80 ℃，一次投料量為10 kg以下，輥距為5～10 mm，打三角包，整個混煉時間為10～30 min，最后出片厚度為5～10 mm。同時一段硫化溫度為160 ℃，時間為20 min，模具單位面積壓力為15 MPa；二段硫化溫度為220 ℃，時間為4 h，隨爐冷卻到室溫。

1.5 性能測試

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

2 結果與討論

2.1 氟醚橡膠在醇酯類潤滑油中的性能

某型發動機潤滑系統的密封使用了大量的橡膠密封件，經紅外光譜等方法檢測，這些橡膠件為氟醚橡膠，符合AMSR-83485的要求。通過分析比對，擬選用X型號的氟醚橡膠材料作為此類橡膠密封件制備的首選膠料，并根據使用環境的要求，開展了對比實驗，結果見表1。從表1可知，密度、硬度、拉伸強度等指標相當，但在高溫空氣老化、耐潤滑油后性能差異較大。如X型號膠料耐高溫潤滑油指標，在175 ℃、70 h潤滑油中體積變化率為28.1%、質量變化率為15.2%、壓縮永久變形為24.2%，已超出AMSR-83485耐介質技術指標的要求[4]。

表1 兩種氟醚橡膠的性能對比

氟醚橡膠是由氟生膠添加酸受體、填料、硫化劑經混煉而成，其結構是在主鏈和側鏈碳原子上含有氟原子的高分子聚合物，具有優異的耐熱、耐臭氧和耐各種介質的性能。氟醚橡膠密封圈廣泛用于航空、石油、潤滑油及雙酯類合成潤滑油中。但X型號氟醚橡膠耐滑油較差，其原因是本發動機要求使用的潤滑油是添加有腐蝕抑制劑的多元醇酯類潤滑油，這些抑制劑一般為小分子活性基團，多呈堿性，對氟醚橡膠分子主鏈構成侵蝕，促進其主鏈脫HF過程，從而造成性能的惡化。

2.2 氟醚橡膠改性配方研制

根據X型號氟醚橡膠膠料在壓縮永久變形、耐熱空氣老化、耐醇酯類潤滑油等方面的性能不足，開展了膠料的改進工作。在X型號氟醚橡膠生膠種類、用量不變的基礎上，添加了硫化促進劑，起到提高硫化程度、穩定分子結構的作用。同時調整了補強填料的配比，降低了膠料的剛性，提高其彈性，結果見表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，通過硫化促進劑、吸酸劑、增強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，經過多元醇酯類潤滑油長期浸泡后，其硬度降低3，變化不大，同時體積分別增大了13.2%、13.6%、13.7%，體積變化較X型號氟醚橡膠小，說明油液被橡膠吸收較少，在200 ℃的多元醇酯類潤滑油中浸泡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潤滑油性能大幅提高。

2.3 氟醚橡膠膠料性能穩定性

將同批次膠料每隔30 d進行一次性能檢測，連續進行了3次測試，結果如表4所示。

表4 氟醚橡膠性能穩定性研究

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的多元醇酯類潤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量變化均不大，性能穩定滿足要求。

2.4 氟醚橡膠膠料在不同潤滑油介質中的性能變化

除了多元醇酯類潤滑油，同樣考察了氟醚橡膠膠料在國產長城4050號合成潤滑油[5]及孚迪斯FDS-655-HTS合成潤滑油中的性能，如表5所示。換潤滑油介質后，仍能滿足標準中規定的耐油性能指標，說明研制的橡膠膠料可工作于滿足GJB1263-1991和MIL-PRF-23699 STD/HTS級要求的中黏度合成潤滑油。