過熱金屬屑信號器防護膠層及制備方法研究

張東晉川，楊 浩

（成都航利（集團）實業有限公司，四川 成都 611937）

某新型發動機過熱金屬屑信號器是檢測滑油系統金屬雜質和滑油超溫的報警裝置，其功能為當滑油中有金屬雜質或超過滑油的允許溫度時，以“轉速急降”和 “滑油中有金屬屑”信號形式報警。過熱金屬屑信號器在使用過程中，防護膠層出現裂紋、掉塊故障，會導致過熱金屬屑殼體與濾芯接觸，過熱金屬屑信號器內磁極和磁鐵之間形成電氣接點，產生虛假報警，同時防護膠層掉下的塊狀物會堵塞油路，嚴重時會導致發動機工作失效。

為了適應某型發動機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膠層組合物，保證過熱金屬屑信號器的防護膠層在工作過程中不易產生裂紋、掉塊。

1 配方

1.1 配方設計與選擇

過熱金屬屑信號器防護膠層的配方設計是根據防護膠層的用途和主要功能指標，選擇合適的主體樹脂；根據主體樹脂的交聯反應機制，選擇固化劑；按功能互補原則選擇助劑與添加劑。

選擇配方的依據是研制的過熱金屬屑信號器防護膠層需承受200℃高溫和滑油侵蝕，使用過程中應與過熱金屬屑信號器螺紋面結合緊密，不能出現裂紋、掉塊、脫落，同時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膠層主要成分有： E-44環氧樹脂、W30-4有機硅絕緣漆清漆、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

根據配方稱取E-44環氧樹脂和W30-4有機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，再加入經（200±5）℃烘干200目篩網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。

2 結果與討論

2.1 環氧樹脂與有機硅樹脂的并用

E-44環氧樹脂和W30-4有機硅絕緣漆組成了防護膠層組合物的主體樹脂。E-44環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，含有極性脂肪族羥基、醚鍵、甲基和環芳烴結構，具有良好的耐化學性、韌性、粘結性、高溫性能和剛性，固化過程分子之間的結合鍵基本無變化，無低分子物產生和揮發，體積收縮小于2%，固化物耐老化、耐化學介質性能好，有良好的加工性能和施工工藝性能，可長期在135~150℃的環境中使用。W30-4有機硅絕緣漆是純有機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，與基材結合力較差。通過調整E-44環氧樹脂和W30-4有機硅絕緣漆的比例，達到即可解決防護膠層的絕緣性和高耐熱性，又可以解決其高反應活性問題。表1是E-44環氧樹脂和W30-4有機硅絕緣漆與同種固化劑同量固化后性能數據。從表1可以看出環氧樹脂與有機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℃，介質為滑油。因此在修理裝配時需檢查過熱金屬屑信號器的工作情況，對產生裂紋、掉塊的過熱金屬屑信號器進行修復，確保過熱金屬屑信號器的防護膠層能長期工作在200℃滑油介質中，且能承受高溫、滑油的沖刷和壓力，使用過程中不產生裂紋、掉塊等。

圖1 過熱金屬屑信號器結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of superheated metal chip signal device

由于過熱金屬屑信號器涂敷防護膠膠層的螺紋部位直徑小且為螺紋結構，因此防護膠層需要有一定的韌性，采用加入Y3-80端羥基丁腈橡膠進行改性，帶活性官能團的丁腈橡膠增韌劑，對環氧樹脂進行有效增韌的同時提高耐熱性，解決防護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

由于改性環氧有機硅樹脂是熱塑性線型結構的樹脂，其本身不會固化，需要固化劑使樹脂分子交聯成網狀結構，才能成為不溶不熔的固體物質，從而具有良好的耐化學性能、絕緣性能以及機械性能，因此固化劑是過熱金屬屑信號器防護膠層不可缺少的成分，它和主體聚合物起反應而進入分子結構中，可以提高粘合強度、內聚強度、化學穩定性、耐介質性、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，既是環氧樹脂的彈性改性體，又是環氧樹脂的固化劑，同時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品性。通過調整聚醚胺和對苯二胺的比例，解決防護層的低溫固化和高耐熱性的匹配性。

2.4 填料的選用

根據過熱金屬屑信號器防護層的使用環境和要求，需增加防護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，又提高膠層的粘結力，是常用膠結材料，可提高膠結力。表3是填料性能比較。從表3的試驗數據可以看出，采用石棉粉作為填料，可提高防護膠層的結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 優化配方

過熱金屬屑信號器最高溫度為200℃，且涂敷防護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，本防護膠層需要與過熱金屬屑信號器涂敷面結合緊密，絕緣性能良好，隔熱效果好，能承受200℃高溫和滑油侵蝕，且使用過程中防護膠層不易產生裂紋、掉塊。經過優化設計與實驗比對，過熱金屬信號器優化配方如下：

E-44環 氧 樹 脂， 50%~60%；W30-4有 機 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 試驗驗證

3.1 過熱金屬屑信號器防護層工藝性能試驗

將配制好的過熱金屬屑信號器防護膠層涂在試片或產品上進行試驗，試驗完成后，防護層結合好，無松動現象，試驗數據如表4所示。

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

3.2 長期運轉考核

采用過熱金屬屑信號器防護膠修復的過熱金屬信號器和對比試片放入200℃滑油中長期浸泡，信號器經過750 h，其表面膠層無裂紋、無脫落，絕緣性和導通性均達到性能指標要求，對比試驗的剪切強度也符合要求。具體如圖2所示。

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

4 結語

采用環氧樹脂和有機硅絕緣漆為主體樹脂制備的防護層材料具有絕緣性好和耐熱性高的特點，解決了防護層材料高反應活性的問題，修復采用的防護層絕緣性能和隔熱性能好，能承受高溫和滑油侵蝕，使用過程中不易產生裂紋、脫落、保證了過熱金屬屑信號器保護層性能要求；通過加入端羥基丁腈橡膠解決了防護層韌性和耐熱性的矛盾；以聚醚胺和對苯二酚作為固化劑，同時解決了端羥基丁腈橡膠吸潮的問題，提高耐熱性和耐化學品性；以石棉粉作為添加劑，提高防護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層具有絕緣、隔熱、耐熱和抗滑油侵蝕的作用，達到了對某型發動機過熱金屬屑信號器的防護層修復。