一種耐高溫潤滑油與橡膠的相容性考察

史艷梅，邢彬，馬羽飛，王杰

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　110043）

一種耐高溫潤滑油與橡膠的相容性考察

Study on compatibility of a high temperature lubricating oil and rubber

史艷梅，邢彬，馬羽飛，王杰

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110043）

闡述了航空發動機滑油系統用不同橡膠材料與一種耐高溫潤滑油（牌號為FDS655-HTS）的相容性考察的試驗過程。主要完成了不同試驗條件下三種橡膠浸泡FDS655-HTS潤滑油后的拉伸強度、扯斷伸長率、壓縮永久變形、浸油質量及體積變化等性能分析。結果表明潤滑油與三種橡膠的相容性良好，可以用于發動機滑油系統，確保使用安全性和可靠性。

橡膠；耐高溫潤滑油；橡膠相容性；航空發動機

航空發動機技術對潤滑材料提出了新的要求，其中最重要的是工作溫度范圍更寬，使得系統中橡膠與潤滑油的耐高溫性能及二者的相容性成為研制和應用的重點。潤滑系統使用的成熟橡膠品種包括丁腈橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠三大類多個牌號，用于制造各種動、靜密封的橡膠零件。在發動機新選用的FDS655—HTS潤滑油標準中，規定了按SH/T0436—1992方法與NBR-H丁腈橡膠及與BF 氟橡膠的體積膨脹率性能，但是針對滑油系統使用的大量不同牌號的橡膠材料及零件，必須開展適用性研究，以確保橡膠密封件在使用工作溫度及介質中長期可靠密封，避免泄漏和造成大的事故[1]。

1　試驗方案

橡膠材料是在航空發動機上應用最多的密封材料，尤其是在潤滑系統中，這些橡膠制件不僅牌號多，而且數量大，任何一個零件不能正常工作，都會影響發動機整體的工作。可以說，潤滑油與橡膠的相容性是保證潤滑系統正常運行的關鍵性能。密封零件的膠料應能保持在工作介質及壓縮下具有良好的彈性恢復能力，并保持適度溶脹或收縮[2]。

針對發動機上新選用的FDS655-HTS耐高溫潤滑油接觸到潤滑系統多種橡膠的情況，為保證橡膠密封件使用的可靠性，經與設計部門協商，根據航空發動機用的橡膠材料的種類及各種橡膠的特點，選擇了5080-2丁腈橡膠、FX-4氟橡膠、氟硅橡膠作為典型材料進行了相容性的試驗，試驗項目包括拉伸強度、扯斷伸長率、硬度、浸介質質量及體積變化、恒定壓縮永久變形等，全方位考察潤滑油與橡膠的相容性[3]。

其中5080-2丁腈橡膠是為丁腈-18和丁腈-26的混合物，適于制造耐燃油和液壓油密封零件，使用溫度-55~150℃，丁腈橡膠零件不是長期在滑油中工作，但在特殊情況下有可能接觸合成滑油，但溫度較低，因此制定的試驗條件是70℃×72 h；FX-4氟橡膠屬于低壓縮永久變形氟橡膠，是適于各種耐油、耐熱的密封零件，主要用于制造長期在-40~250℃空氣中或-40~180℃石油基潤滑油、燃油、液壓油、合成酯類油中工作的活動和固定橡膠零件；氟硅橡膠為具有氟代烷基的聚硅氧烷，使用溫度-60~200℃，適于制造燃油、滑油、空氣系統的密封件。

橡膠的性能中，拉伸性能是所有橡膠首先應該考慮的性能，包括拉伸強度、扯斷伸長率；硬度在一定程度上與其它性能相關；而橡膠通常處于壓縮狀態，受壓后，去除外力，其不能恢復的變形，稱為壓縮永久變形，在油中和高溫條件下更為明顯，影響密封性能，是橡膠件的主要性能；硫化橡膠是一種部分交聯的三維網狀結構大分子，加入了硫化劑、促進劑、增塑劑、防老劑，在橡膠浸泡于介質中時，特別是高溫的油介質中，橡膠分子的鏈段運動加快，空出一定的間隙，油介質漸漸滲入到橡膠的網狀結構中，可使其膨脹，同時，橡膠中的增塑劑等也可能被油抽提出來，導致收縮，浸介質體積、重量變化也是橡膠的重要性能[4]。

2　試驗過程

2.1FDS655----HTS潤滑油的性能檢測

FDS655-HTS潤滑油為一種新型合成潤滑油，基礎油為季戊四醇酯，具備低傾點（-60℃以下）、高閃點（250℃以上）、高飽和度、合適的黏度以及較低的酸值。其明顯優勢為高溫下的抗氧化性，推薦使用溫度范圍：-40~210℃。按照GJB1263，進行了潤滑油的基礎性能檢測結果見表1，并與同類型4050潤滑油的性能進行了對比。

表1試驗結果表明：FDS655-HTS潤滑油的基礎性能符合技術標準的要求，其對標準橡膠的相容性結果在指標規定范圍內。

表1　潤滑油的性能檢測結果

2.2潤滑油與橡膠相容性的試驗結果

2.2.1FDS655----HTS潤滑油、4050潤滑油與丁腈橡膠材料的相容性

對比試驗結果見表2，此項試驗由于非常規性能，無參考指標。

表2試驗結果表明：

（1）兩個牌號潤滑油對5080-2丁腈橡膠的拉伸強度、扯斷伸長率產生的變化較小，其中5080-2橡膠浸泡FDS655-HTS潤滑油后其拉伸強度、扯斷伸長率反而增大，分析認為高溫促進了橡膠的進一步交聯。

（2）兩個牌號潤滑油均使5080-2橡膠硬度有所降低，且降低幅度均較大。

（3）兩個牌號潤滑油均使5080-2橡膠產生一定的質量增加和體積膨脹，FDS655-HTS使5080-2橡膠的質量增加率和體積膨脹率更大。

表2　潤滑油與5080-2丁腈橡膠的相容性試驗結果

（4）FDS655-HTS使5080-2橡膠的恒定壓縮永久變形更大。

2.2.2FDS655----HTS潤滑油、4050潤滑油與氟橡膠的相容性

對比試驗結果見表3，此項試驗針對使用性能設計，無參考指標。

表3試驗結果表明：

（1）兩個牌號潤滑油對FX-4氟橡膠的拉伸強度、扯斷伸長率均產生一定的降低，4050潤滑油使FX-4氟橡膠的拉伸強度和扯斷伸長率的降低較大。

表3　潤滑油與FX-4氟橡膠材料的相容性試驗結果

（2）兩個牌號潤滑油均使FX-4氟橡膠的硬度有所降低，且降低幅度較大。

（3）兩個牌號潤滑油均使FX-4氟橡膠產生一定的質量增加和體積膨脹，FDS655-HTS潤滑油使FX-4氟橡膠的質量增加率和體積膨脹率更大。

（4）4050潤滑油使FX-4氟橡膠的恒定壓縮永久變形更大。

2.2.3FDS655----HTS潤滑油、4050潤滑油與氟硅橡膠的相容性

對比試驗結果見表4。

表4試驗結果表明：

（1）兩個牌號潤滑油均使氟硅橡膠的拉伸強度、扯斷伸長率有一定降低，其中FDS655-HTS潤滑油對橡膠影響更大，但均符合參考指標要求。

表4　潤滑油與氟硅橡膠材料的相容性試驗結果

（2）兩個牌號潤滑油均使氟硅橡膠的硬度有所降低。

（3）兩個牌號潤滑油均使氟硅橡膠產生一定的質量增加和體積膨脹，FDS655-HTS潤滑油使氟硅橡膠的質量增加率和體積膨脹率稍大。

（4）4050潤滑油使氟硅橡膠的恒定壓縮永久變形更大，從彈性恢復性能來看，FDS655-HTS潤滑油對氟硅橡膠的影響更小。

3　結果分析

（1）FDS655-HTS、4050兩個牌號潤滑油對5080-2丁腈橡膠的拉伸強度、扯斷伸長率、硬度產生的變化相當，FDS655-HTS使5080-2橡膠的質量增加率和體積膨脹率、恒定壓縮永久變形更大。

（2）兩個牌號潤滑油對FX-4氟橡膠產生的硬度降低相當，4050潤滑油使FX-4氟橡膠的拉伸強度和扯斷伸長率的降低以及恒定壓縮永久變形更大，FDS655-HTS潤滑油使FX-4氟橡膠的質量增加率和體積膨脹率更大。

（3）兩個牌號潤滑油對氟硅橡膠的拉伸強度、扯斷伸長率、硬度產生的變化相當，FDS655-HTS潤滑油使氟硅橡膠的質量增加率和體積膨脹率稍大，4050潤滑油使氟硅橡膠的恒定壓縮永久變形更大。

（4）總體來看，FDS655-HTS、4050兩個牌號潤滑油對丁腈橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠性能產生一定的影響，但浸油后橡膠性能的變化相當，按4050滑油的使用經驗，FDS655-HTS與三種橡膠的相容性良好。

4　結論

本文通過試驗，驗證了FDS655-HTS潤滑油與發動機典型的丁腈橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠的相容性參考文獻：

良好，可以滿足該3種橡膠材料的密封性要求，可以在高溫下長期可靠工作。

[1] 顏如皋，劉伯操，吳世平，等.中國航空材料手冊（第2版，第8卷）.北京：中國標準出版社， 2002.

[2]董浚修.潤滑原理及潤滑油.北京：中國石化出版社， 1998.

[3] 顏志光.新型潤滑材料與潤滑技術實用手冊.北京；國防工業出版社， 1999.

[4] 苗蓉，賴忠惠，章菊華.航空非金屬材料性能測試技術（橡膠與密封劑）.北京；化學工業出版社， 2014.

(R-03)

塑料激光焊接也能多姿多彩

21世紀初以來，塑料激光焊接技術重獲新生。其始于電子工業，在其他如汽車工業等關鍵產業中，得到應用。作為非摩擦焊的三種焊接工藝之一，激光焊接是一種溫和的、潔凈的連接工藝。可以應用于幾何外形復雜的產品的焊接，以及應用于其他焊接方式難以連接的材料。

僅僅2016年上半年，已經有不少關于來自于主要的焊接設備供應商，必能信和杜肯，全新激光焊接設備的報道，包括減少溢料的塑料焊接和專門焊接復雜外形零件的大型焊機。此外的消息還有，日本松下汽車系統公司宣布將為激光焊接研發和量產PBT成型塑料。其應用于汽車開關和傳感器。據報道，這種新塑料可以增強設計彈性和長期可靠性。

目前奧美凱公司、 美國凱霍加福爾斯、俄亥俄和德國的樂普科光電公司合作開發一種激光塑料焊接技術。與使用傳統材料相比，該技術為制造商節省重量、時間和成本，同時保持甚至優化零件的外觀質量。

在塑料激光焊接工藝中，兩個塑料件通過激光輻射連接在一起。被焊接的塑料上層傳遞能量，下層吸收能量，激光在下層加熱材料并使兩個兼容的材料粘結在一起。下層通常以高吸收性的色素為基材，如炭黑。在這項技術的合作關系中，樂普科提供生產設備和塑料激光焊接的工藝方案，而奧美凱為上下層提供定制的著色技術。為了實現最佳的設計美學，奧美凱公司稱，可以在傳遞能量的上層進行配色，使激光可以穿透上層，并在吸收能量的下層完成激光焊接。

這項技術被廣泛應用于汽車、醫療和快消業。奧美凱的研發小組負責人Brett Conway舉了個例子來解釋這項技術的優勢：對汽車尾燈外殼的焊接，塑料激光焊接可以確保焊縫是牢固的。“樂普科的焊接設備加上奧美凱的著色技術，接縫只有沿著尾燈頂部才可見，其已經作為尾燈創新設計的一部分。

樂普科老總Stephen Schmidt還稱，“盡管塑料激光焊接已經存在了超過10年，但市場需求近幾年才開始增長，因為汽車制造商在制造工藝上越發追求更好的質量方案，輕量化和機器人裝配。得益于能為大部分零件進行顏色定制的能力，使得激光焊接能與汽車內飾或外飾的其他部件相匹配。”

摘編自“中國聚合物網”

TQ333.93TQ333.7

1009-797X(2016)18-0052-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.013

史艷梅（1972-），女，高級工程師，主要從事非金屬材料的研制和應用研究工作。

2016-07-17