楊 英， 潘宏麗 編譯

（中國(guó)石油蘭州化工研究中心 《石化技術(shù)與應(yīng)用》編輯部， 甘肅 蘭州 730060）

AEM加工及性能改進(jìn)研究進(jìn)展

楊 英， 潘宏麗 編譯

（中國(guó)石油蘭州化工研究中心 《石化技術(shù)與應(yīng)用》編輯部， 甘肅 蘭州 730060）

AEM是乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)。綜述了近5年AEM系列的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了AEM系列膠料的耐熱性、耐油性及注射成型加工性能的升級(jí)改性情況。

乙烯丙烯酸甲酯橡膠（AEM）；耐熱性；耐油性；物理性能；注射成型；汽車(chē)軟管；密封墊圈

0 前言

乙烯丙烯酸甲酯橡膠（AEM）投放市場(chǎng)已有約40 a。它是乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物，含有烯類(lèi)單體可用二胺硫化。最基礎(chǔ)的AEM膠料可滿足特定的性能或加工需求。由于這些膠料制成的零部件被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，使得AEM用量穩(wěn)步增長(zhǎng)。

文獻(xiàn)中有一些關(guān)于AEM膠料的總體認(rèn)識(shí)：（1）可制成渦輪增壓器和變速器油冷卻器（TOC）軟管，其擠壓性能好，應(yīng)關(guān)注焦燒情況；（2）可制成自動(dòng)變速器及發(fā)動(dòng)機(jī)的密封圈，應(yīng)關(guān)注模具污染，由于其低硬度較難加工；（3）與促進(jìn)劑DOTG相匹配的問(wèn)題。

本文綜述了近5年來(lái)AEM系列聚合物的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了AEM膠料的性能升級(jí)情況。

1 市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)AEM膠料的影響

多年來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的諸多變化促進(jìn)了AEM的增長(zhǎng)，但有些設(shè)計(jì)上的變化卻限制或潛在限制了AEM的應(yīng)用。這些變化包括：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高；（2）保修時(shí)間更長(zhǎng)、保修里程更高；（3）汽車(chē)液體的變化：發(fā)動(dòng)機(jī)油和自動(dòng)變速箱油的升級(jí)，渦輪增壓系統(tǒng)中的通風(fēng)控制系統(tǒng)（PCV）和廢氣循環(huán)優(yōu)化，以及重新設(shè)計(jì)的PCV系統(tǒng)導(dǎo)致更高的燃料和酸凝液的濃度；（4）政府允許的汽車(chē)排放水平的改變；（5）從壓縮、傳遞模塑法至注射成型的變化；（6）對(duì)AEM膠料的要求更加嚴(yán)格。

由于部分氯化彈性體無(wú)法滿足TOC軟管的高溫及更長(zhǎng)保修時(shí)間的要求，使得AEM膠料能取代一部分氯化彈性體。但在某些情況下，為符合更高的溫度要求，可由氟橡膠（FKM）制備渦輪增壓器高溫軟管。另外，為適應(yīng)更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)排放控制法規(guī)定的低排放機(jī)動(dòng)車(chē)Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)（LEV Ⅱ），可由AEM制備墊片；循環(huán)氣體中的酸凝液使得渦輪增壓器冷端的氯化彈性體可由AEM膠料取代。汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)變化勢(shì)必會(huì)繼續(xù)影響AEM的應(yīng)用。

2 ASTM D 2000分類(lèi)評(píng)定（耐熱性及耐油性）

2.1 耐熱性

橡膠的耐熱性隨時(shí)間、溫度和判斷標(biāo)準(zhǔn)而變化。ASTM類(lèi)型（耐熱性）的評(píng)判依據(jù)是在一定溫度下經(jīng)70 h熱老化后，試樣伸長(zhǎng)率損失不超過(guò)50%，拉伸強(qiáng)度損失不超過(guò)30%，硬度變化不超過(guò)15。

在175 ℃下，AEM膠料很容易滿足上述要求，歸為E類(lèi)。通過(guò)改變配方，有些AEM膠料在200 ℃下也可滿足上述要求，歸為F類(lèi)。通常不推薦AEM膠料在200 ℃下使用，200 ℃下其壽命不超過(guò)70 h。

車(chē)用標(biāo)準(zhǔn)與ASTM不同，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為試樣伸長(zhǎng)率損失不超過(guò)50%，拉伸強(qiáng)度損失不超過(guò)50%，硬度變化不超過(guò)15，對(duì)時(shí)間和溫度的要求也不相同。因此，需在不同的熱老化條件下對(duì)AEM膠料進(jìn)行性能測(cè)定。圖1示出了評(píng)級(jí)為優(yōu)的AEM膠的熱老化性能，即時(shí)間與溫度的關(guān)系曲線。

圖1 AEM膠料的熱老化性能

2.2 耐油性

彈性體的ASTM分類(lèi)依據(jù)是膠料在IRM 903油中老化70 h后抵抗溶脹的能力。實(shí)際上，AEM膠料是不會(huì)在IRM 903油中使用的，其主要用于2種液體，即發(fā)動(dòng)機(jī)油和自動(dòng)變速箱油（ATF），在它們中的溶脹度遠(yuǎn)低于在IRM 903中的溶脹度?，F(xiàn)有2種主要的AEM聚合物系列，兩者在IRM 903油中具有不同的溶脹度：（1）AEM G聚合物系列，達(dá)到EE級(jí)（在IRM 903油中溶脹度為80%）和EF級(jí)（在IRM 903油中溶脹度為60%），在發(fā)動(dòng)機(jī)油或ATF中的溶脹度為10%～30%；（2）AEM GLS聚合物系列，達(dá)到EG級(jí)（在IRM 903油中溶脹度為40%）和EH級(jí)（在IRM 903油中溶脹度為30%），一些可符合EJ級(jí)（在IRM 903油中溶脹度為20%），在發(fā)動(dòng)機(jī)油或ATF中的溶脹度為5%～15%。

3 AEM GXF的發(fā)展

AEM最主要的應(yīng)用之一是制成渦輪增壓器軟管。在二十一世紀(jì)初期，尤其在歐洲，渦輪增壓器的數(shù)量迅速增加，對(duì)其性能的要求更高。在2003年左右，AEM GXF膠料被開(kāi)始應(yīng)用于該領(lǐng)域，用其制作的軟管具有優(yōu)良的加工性能，并且軟管的物理性能良好——其具有焦燒時(shí)間長(zhǎng)、軟管表面相對(duì)光滑等特性。此外，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀的測(cè)定結(jié)果表明：AEM GXF膠料還具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性。

4 注射成型的改進(jìn)

注射成型用于彈性體加工雖已有多年，但其仍為許多新應(yīng)用的首選成型方法。該方法可用于生產(chǎn)高質(zhì)量的零部件，具有成型速度快、制造成本相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)。

AEM膠料不易采用注射成型工藝加工，希望能有性能更優(yōu)、更適于注射成型的AEM膠料被開(kāi)發(fā)出來(lái)。模具污染、模具清洗頻次、零部件出模時(shí)的撕裂程度等倍受矚目。

由于并無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法可用于預(yù)測(cè)模具問(wèn)題，因此要解決上述問(wèn)題并非易事。實(shí)驗(yàn)室的研究是在小型鑄模機(jī)中進(jìn)行，并且循環(huán)次數(shù)有限。該研究固然重要，但無(wú)法復(fù)制大型鑄模機(jī)于8 h或12 h下的生產(chǎn)操作。

可采用不同方法解決上述問(wèn)題，其根本是對(duì)AEM進(jìn)行升級(jí)：（1）提高聚合物黏度。相比于其他彈性體，AEM膠料黏度較低，其典型的門(mén)尼黏度［ML（1+4）100 ℃］為15～20，升級(jí)后的聚合物為30，即后者的門(mén)尼黏度較前者提高了約50%。（2）低焦燒。對(duì)硫化體系進(jìn)行改性，可在滿足最終使用要求的條件下，減少聚合物焦燒。（3）改進(jìn)聚合物的結(jié)構(gòu)，減少膠料的模具沉積量。

在實(shí)驗(yàn)室的壓塑機(jī)上，對(duì)用改性聚合物制備的膠料進(jìn)行了測(cè)試，并與升級(jí)前的AEM（即AEM G）制成的膠料進(jìn)行了對(duì)比，其表現(xiàn)出優(yōu)良的加工性能。實(shí)驗(yàn)室壓塑機(jī)設(shè)定加工40只O形環(huán)，然后自動(dòng)拆卸。手工拆卸O形環(huán)的數(shù)量是評(píng)價(jià)膠料加工性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。圖2示出了每次注射循環(huán)后粘在模具上的O形環(huán)數(shù)量。對(duì)比可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)近30次注射循環(huán)后，與升級(jí)膠料（AEM IP）制造的O形環(huán)相比，原膠料制造的O形環(huán)需更多地進(jìn)行手動(dòng)拆卸。另外，高黏度聚合物制成的膠料，其在模具表面的沉積量明顯減少。

實(shí)驗(yàn)室注射成型所用的膠料具有低硬度、低黏度等特點(diǎn)，較難成型，這就使得實(shí)驗(yàn)的注射循環(huán)次數(shù)相對(duì)很少。

圖2 每次注射循環(huán)后手動(dòng)拆卸O形環(huán)的數(shù)量

利用開(kāi)發(fā)的注射成型工藝配方對(duì)升級(jí)聚合物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在該配方中用升級(jí)的AEM IP聚合物替代了AEM G聚合物。結(jié)果表明，前者表現(xiàn)出更優(yōu)的實(shí)驗(yàn)性能，運(yùn)行周期長(zhǎng)，模具污染程度低，循環(huán)時(shí)間短。

5 AEM IP性能改進(jìn)

為改善加工性能開(kāi)發(fā)出AEM IP膠料，該膠料硫化后，仍具有優(yōu)良的物理性能，如壓縮永久變形小、伸長(zhǎng)率大、拉伸強(qiáng)度高等。這些特性可用于解決AEM膠料存在的其他2個(gè)問(wèn)題，即低硬度膠料的加工性和胍類(lèi)促進(jìn)劑DOTG的替代品。

5.1 低硬度膠料

升級(jí)前的AEM制備的低硬度膠料（邵爾A硬度約為50）難以同時(shí)具有優(yōu)良的物理性能及加工性能。由其制成的低硬度膠料的ML（1+4）100℃小于20，難以加工。

高黏度AEM IP聚合物是生產(chǎn)低硬度膠料的理想原料。由ML（1+4）100℃為25～40（取決于增塑劑的含量）的AEM IP聚合物膠料（邵爾A硬度為50）比AEM G膠料易于加工。

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪蓋材質(zhì)由金屬向塑料轉(zhuǎn)變，這是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。與金屬凸輪蓋墊圈相比，塑料凸輪蓋墊圈的硬度較低。由AEM IP聚合物生產(chǎn)的低硬度膠料適用于此。

5.2 DOTG替代品

多年來(lái)，因具有硫化速度快和壓縮永久變形低的優(yōu)點(diǎn)，DOTG一直是AEM膠料的主要促進(jìn)劑。但由于對(duì)DOTG使用的限制，特別是在歐洲，大多數(shù)AEM膠料已經(jīng)或即將禁止使用DOTG。

有許多促進(jìn)劑可作為DOTG的替代品，但它們均不能同時(shí)具有硫化快速和壓縮永久變形低的優(yōu)點(diǎn)。DOTG有助于改善AEM IP的物理性能。新配方要求禁止使用DOTG，但又不能損失壓縮永久變形特性。替代促進(jìn)劑用于AEM G，雖可具有相似的硫化速度，但在某些情況下，膠料無(wú)法滿足壓縮永久變形的要求。而替代促進(jìn)劑用于AEM IP，則可具有與AEM G/DOTG體系相同的硫化速度和壓縮永久變形。

6 渦輪增壓器軟管用的改性AEM

高燃料效率和低排放要求促使渦輪增壓器數(shù)量迅猛增長(zhǎng)。渦輪增壓器性能的持續(xù)改進(jìn)，致使軟管能用在高溫和高壓狀態(tài)下，市場(chǎng)需要性能優(yōu)于AEM GXF的膠料。

軟管用改進(jìn)高聚物。包括：（1）高黏度聚合物，軟管用新型聚合物AEM HT的門(mén)尼黏度幾乎是AEM GXF的2倍。前者軟管膠料黏度比后者高出約50%。對(duì)于未硫化軟管，膠料的黏度越高，生膠強(qiáng)度越高，在高壓反應(yīng)釜中裝盤(pán)硫化時(shí)，出現(xiàn)扁平化的趨勢(shì)就越低。生膠強(qiáng)度高有助于低硬度（邵爾A硬度為50～60）軟管膠料的加工；（2）低焦燒，改進(jìn)的軟管膠料與AEM GXF膠料相比，其黏度高出約50%，但焦燒仍略低，同時(shí)硫化結(jié)構(gòu)也得以改進(jìn)；（3）改進(jìn)聚合物結(jié)構(gòu)，可使其在低壓縮永久變形的同時(shí)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，做到兩者兼顧很難，一般僅可改進(jìn)其中一種。

軟管制造商希望膠料易加工，具有焦燒時(shí)間長(zhǎng)、表面光滑、未硫化強(qiáng)度高等特點(diǎn)。AEM HT制成的膠料具有上述優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于AEM GXF膠料。未硫化強(qiáng)度高對(duì)低硬度軟管膠料有益。

AEM GXF和AEM G膠料（包括其他多種彈性體）的動(dòng)態(tài)特性可以通過(guò)降低硫化程度或降低硬度（降低模量）來(lái)改善。但采取上述方法都存在弊端，如一方面壓縮永久變形會(huì)增大（低硫化程度），另一方面“推動(dòng)力”會(huì)升高（“推動(dòng)力”是指裝配軟管所需的力，低硬度軟管裝配所需“推動(dòng)力”大）。AEM GXF/AEM G膠料的壓縮永久變形、動(dòng)態(tài)特性或“推動(dòng)力”可擇一優(yōu)化，但不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)優(yōu)化。

AEM HT膠料也具有與上述相同的弊端，但該膠料可以使這些性能達(dá)到更好的平衡：（1）如果硬度與壓縮永久變形保持不變，在二者相同的條件下，AEM HT膠料的動(dòng)態(tài)特性（動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀測(cè)定）是AEM GXF的10倍；（2）如果硬度與動(dòng)態(tài)特性保持不變，則在二者相同的情況下，AEM HT膠料的壓縮永久變形（150 ℃，70 h）比AEM GXF低約5個(gè)單位；（3）如果壓縮永久變形與動(dòng)態(tài)特性保持不變，AEM HT膠料的硬度比AEM GXF的高約10個(gè)單位，高硬度（模量）有利于“推動(dòng)力”的優(yōu)化。

AEM HT膠料的改進(jìn)，使得軟管膠料非常容易被設(shè)計(jì)成加工性能優(yōu)良，同時(shí)又具有良好動(dòng)態(tài)特性、壓縮永久變形和硬度等性能。

7 具有優(yōu)異耐油性和良好低溫性能的膠料

與許多耐油彈性體一樣，AEM可通過(guò)改性來(lái)提高其耐油性，但低溫性能會(huì)降低。通過(guò)提高丙烯酸甲酯（MA）含量和降低乙烯含量，可以改善AEM的耐油性。MA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）高于乙烯，當(dāng)MA含量增加時(shí)，聚合物的Tg亦會(huì)隨之升高。

7.1 低揮發(fā)性增塑劑

添加增塑劑對(duì)AEM膠料有許多益處：（1）優(yōu)良的低溫性能；（2）優(yōu)良的耐油性；（3）低黏度（有益或不利）；（4）低成本（可添加炭黑以保持硬度）。

但增塑劑用量過(guò)多也會(huì)產(chǎn)生諸多問(wèn)題，尤其是在要求具有良好的耐熱性時(shí)。這些問(wèn)題包括：（1）因?yàn)閾]發(fā)性，增塑劑不耐空氣中的熱老化（在空氣中于175 ℃下硫化4 h），這一要求淘汰了許多低成本增塑劑。在空氣中于175 ℃下耐熱老化1周，這一要求使許多耐熱性較好的增塑劑遭到淘汰。（2）高壓縮永久變形。（3）因?yàn)槟z料低黏度，造成低硬度膠料的加工問(wèn)題。

許多與AEM匹配的增塑劑，均達(dá)不到在175 ℃空氣中耐熱老化1周的要求。在近5a里，2種低揮發(fā)性增塑劑得到了廣泛應(yīng)用，它們可滿足上述要求，即低揮發(fā)性聚醚/聚酯增塑劑和三正辛基-正癸基偏苯三酸酯。用這些增塑劑，可使AEM膠料于175 ℃下熱老化后仍保持良好的低溫性能。

7.2 注射成型用低溶脹AEM

AEM IP膠料的注射成型性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)AEM膠料。對(duì)于一些應(yīng)用，要求膠料在某些液體中的溶脹度低，也要求具有良好的耐熱性和低溫性。

AEM GLS膠料可以滿足低溶脹的需求，但由于其為滿足低溫性能的要求，增塑劑用量相對(duì)較高，致使其難以注射成型。升級(jí)型AEM GLS聚合物與AEM IP性質(zhì)相似，如具有黏度高、焦燒少、模具污染量低等特性，但前者M(jìn)A含量高。這種升級(jí)聚合物被命名為AEM LS（低溶脹）。AEM LS膠料添加了低揮發(fā)性增塑劑，各項(xiàng)性能均可達(dá)到良好平衡：（1）在邵爾A硬度為70、增塑劑用量為15份的條件下，膠料于IRM 903油中的體積增長(zhǎng)率低于30%（ASTM分類(lèi)為H），在SF 105油中的體積增長(zhǎng)率低于10%；（2）DSC測(cè)定膠料的Tg為-35 ℃，在空氣中于175℃下老化1周，Tg仍很低；（3）壓縮永久變形（70 h，150 ℃）低于25%。

由AEM LS（添加低揮發(fā)性增塑劑）制備的膠料較AEM GLS膠料更易于注射成型，這方面的改進(jìn)與AEM IP膠料的類(lèi)似。另外，AEM LS也可用于生產(chǎn)低硬度膠料，具有低溶脹及適宜的黏度。

7.3 軟管用低溶脹AEM

與AEM G、GXF或HT膠料制備的膠管相比，市場(chǎng)更需要低溶脹的AEM軟管。開(kāi)發(fā)的AEM HT-OR（耐油）膠料與AEM HT膠料具有諸多相同特性，不同的是前者的MA含量高，致使其溶脹度低。此外前者還具有高黏度、低焦燒和良好的動(dòng)態(tài)特性。在AEM HT-OR膠料中添加低揮發(fā)性增塑劑，可在熱老化前后滿足低溫性能的要求。

AEM HT-OR膠料的加工性能與AEM HT膠料的相似，并具有未硫化強(qiáng)度高、焦燒時(shí)間長(zhǎng)、表面光滑的特點(diǎn)。硫化后，前者壓縮變形、硬度和動(dòng)態(tài)性能達(dá)到了良好的平衡，也與后者相似。

8 耐油性（強(qiáng)極性）

對(duì)于彈性體而言，耐油性是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)，也是決定選擇何種聚合物的關(guān)鍵因素。一般來(lái)說(shuō)，極性越強(qiáng)，聚合物耐油性越好。

除極性外，其他因素也會(huì)影響彈性體在車(chē)用液體中的性質(zhì)，包括液體中含有的或在液體中產(chǎn)生的一些雜質(zhì)或添加劑，如：（1）隨著發(fā)動(dòng)機(jī)油的老化，其酸性增強(qiáng)。在相同溫度下的測(cè)試表明，已老化的發(fā)動(dòng)機(jī)油對(duì)彈性體膠料會(huì)產(chǎn)生不利影響。一些彈性體膠料在新鮮發(fā)動(dòng)機(jī)油（不含或含少量酸）中的老化性能良好，但在已老化的發(fā)動(dòng)機(jī)油中則表現(xiàn)欠佳。（2）在渦輪增壓器系統(tǒng)中，隨著廢氣及PCV蒸氣循環(huán)量的增加，空氣中會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)。產(chǎn)生的酸凝液會(huì)侵蝕一些彈性體。通常有機(jī)酸凝液比礦物質(zhì)酸凝液的侵蝕性更強(qiáng)，且高溫下（如渦輪增壓器的熱端）更易發(fā)生酸侵蝕。（3）在發(fā)動(dòng)機(jī)油或自動(dòng)變速箱油中添加穩(wěn)定劑，盡管量很少，但它會(huì)對(duì)一些彈性體產(chǎn)生巨大影響。

增強(qiáng)AEM膠料耐油性的傳統(tǒng)方法是提高M(jìn)A含量（即降低乙烯含量）。MA含量高的AEM膠料具有較低的機(jī)油溶脹度和ATF。但實(shí)際上在一些應(yīng)用中，MA含量低的AEM比MA含量高的AEM具有更好的耐油性。

研究了酯濃度對(duì)AEM和HT-AEM膠料老化性的影響，考察了3種聚合物：（1）AEM G系列中具有相對(duì)低酯（丙烯酸甲酯MA，下同）含量的聚合物；（2）AEM GLS系列中具有相對(duì)高酯含量的聚合物；（3）HT-ACM聚合物（酯含量100%），基于丙烯酸乙酯（EA）和丙烯酸丁酯（BA），與AEM硫化體系相似，這類(lèi)聚合物也具有烯類(lèi)單體，可用二胺硫化體系。

8.1 發(fā)動(dòng)機(jī)油老化

當(dāng)OEM膠料用于發(fā)動(dòng)機(jī)密封墊時(shí)，存在耐發(fā)動(dòng)機(jī)油老化性能欠佳的缺陷。發(fā)動(dòng)機(jī)采用汽油直噴式。以低pH發(fā)動(dòng)機(jī)油為基準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)出一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法。這種油用于評(píng)價(jià)不同的AEM和HT-ACM膠料，實(shí)驗(yàn)在150 ℃下進(jìn)行，時(shí)間各異。

表1列出了實(shí)驗(yàn)所用3種典型配方及其初始物理性能。這3種膠料分別基于相對(duì)低酯含量聚合物AEM IP、相對(duì)高酯含量聚合物AEM GLS和100%酯含量聚合物HAT-ACM。所有這3種膠料的邵爾A硬度為60～64。

利用“最差質(zhì)量”發(fā)動(dòng)機(jī)油，在高壓反應(yīng)釜中于150 ℃下，膠料老化數(shù)次，表2示出了耐油老化實(shí)驗(yàn)1周后的結(jié)果。

在“最差質(zhì)量”發(fā)動(dòng)機(jī)油中，最低酯含量AEM IP膠料的耐油老化性能最佳，其硬度僅增加3個(gè)單位，伸長(zhǎng)率變化小于50%，體積溶脹為正值，但大多數(shù)聚合物體積溶脹為負(fù)值。

采用系列AEM和HT-ACM膠料進(jìn)行多次上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果具有相同的變化趨勢(shì)。在“最差質(zhì)量”油中，相對(duì)低酯含量膠料的老化性能優(yōu)于相對(duì)高酯含量的膠料。HT-ACM膠料中酯含量為100%，老化性能很差。

部分實(shí)驗(yàn)老化時(shí)間控制在70～504 h。正如預(yù)期的，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，耐油老化性能下降。在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，相對(duì)低酯含量的膠料性能較優(yōu)。

表1 “最差質(zhì)量”發(fā)動(dòng)機(jī)油的老化配方 單位：份

表2 “最差質(zhì)量”發(fā)動(dòng)機(jī)油老化結(jié)果 單位：份

8.2 渦輪增壓系統(tǒng)的酸凝液

由于大量的廢氣循環(huán)返至發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪增壓系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。廢氣中的燃燒產(chǎn)物可與水反應(yīng)生成酸凝液。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中大量廢氣通過(guò)PCV系統(tǒng)再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)，在某些情況下，這些蒸氣要通過(guò)渦輪增壓系統(tǒng)。來(lái)自PCV系統(tǒng)的氣體也可形成酸凝液。

渦輪增壓系統(tǒng)所用膠料需耐系統(tǒng)產(chǎn)生的酸凝液，特別是針對(duì)熱端膠料，這點(diǎn)尤為重要。

在酸凝液中對(duì)不同彈性體膠料（AEM G、AEM GLS和HT-ACM膠料）進(jìn)行了研究，并分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

采用有機(jī)酸凝液（甲酸），液相溫度為90 ℃，120 ℃，150 ℃（實(shí)驗(yàn)最高溫度）?？紤]到高壓情況，實(shí)驗(yàn)在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行。表3列出了實(shí)驗(yàn)所用3種膠料的配方。

表3 有機(jī)酸凝液實(shí)驗(yàn)配方 單位：份

在有機(jī)酸凝液中，這3種膠料于上述3個(gè)不同溫度下老化1周。圖3中的曲線示出了不同溫度下各膠料的體積增長(zhǎng)率。由圖可知，隨著溫度升高，2種AEM膠料的體積增長(zhǎng)率相似，且相對(duì)較低；HT-ACM膠料在90 ℃，120 ℃時(shí)的體積增長(zhǎng)較低，但在150 ℃時(shí)該值增長(zhǎng)迅速。

8.3 車(chē)用尿素的老化

“AdBlue”的注冊(cè)商標(biāo)由德國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)（VDA）持有，為尿素水溶液（軟化水中尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%），用于選擇性催化還原過(guò)程（SCR），以減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放。在美國(guó)不使用“AdBlue”商標(biāo)，而采用通用名稱(chēng)“柴油排放液”。

圖3 3種不同溫度下膠料在有機(jī)酸凝液中的體積增長(zhǎng)率

“AdBlue”所用的密封和墊圈，需具有耐溶液腐蝕性，通常要求具有一定的耐汽油性和耐柴油性。這個(gè)要求就排除了非極性聚合物（如EPDM）的使用。

研究了AEM膠料的耐發(fā)動(dòng)機(jī)油和耐“AdBlue”性能。表4列出了2種具有代表性的膠料：（1）相對(duì)低酯含量聚合物（AEM IP），（2）相對(duì)高酯含量聚合物（AEM GLS）。2種膠料的邵爾A硬度約為70。

表4 “AdBlue”實(shí)驗(yàn)配方及初始物理性能

在120 ℃的高壓反應(yīng)釜中，膠料經(jīng)“AdBlue”老化1周后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。該表還給出了160 ℃下，膠料經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)油（Lubrizol OS）老化504 h后的體積增長(zhǎng)率。由表5可知，AEM IP在2種液體中的老化性能良好，體積增長(zhǎng)率一致（均為16%）。AEM GLS膠料在發(fā)動(dòng)機(jī)油中的老化性能良好，體積溶脹度僅為6%，但在“AdBlue”中的老化性能差，其邵爾A硬度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均發(fā)生了大的改變，體積增長(zhǎng)率幾乎達(dá)到90%。

表5 “AdBlue”老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

8.4 壓縮應(yīng)力弛豫（CSR）研究

CSR測(cè)試有助于預(yù)測(cè)密封圈最終的應(yīng)用性能。它用于測(cè)定密封圈于高溫下在液體中經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡后仍持有的密封力。在多種車(chē)用液體中，對(duì)AEM和HT-ACM膠料進(jìn)行了CSR測(cè)定。樣品在汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)裝置中壓縮25%，然后于150 ℃下老化2000 h。表6示出了3種膠料的配方。

表6 CSR實(shí)驗(yàn)配方

圖4的曲線示出了膠料在150 ℃自動(dòng)變速器油（Dexron VI）中老化后的CSR測(cè)定結(jié)果。由圖4可知，相對(duì)低酯含量的AEM IP膠料保持的密封力最高。另外，在礦物機(jī)油和合成機(jī)油中的CSR測(cè)定結(jié)果表明，AEM IP膠料具有最高的保持密封力。

圖4 DexronVI中CSR測(cè)定結(jié)果

9 實(shí)驗(yàn)方法

表7列出了所采用的ASTM和ISO測(cè)試方法。

表7 實(shí)驗(yàn)方法

10 結(jié)論［1］

（1）AEM膠料的ASTM分類(lèi)為EE至EH，在IRM 903油中的溶脹度為30%～80%，于175 ℃下老化70 h后，易滿足ASTM的熱老化標(biāo)準(zhǔn)。

（2）對(duì)大多數(shù)OEM的熱老化性能要求，包括硬度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等性能指標(biāo)的變化。與OEM試樣相比，AEM膠料于175 ℃下的老化時(shí)間可持續(xù)3周，這比ASTM要求的70 h顯著延長(zhǎng)。

（3）AEM聚合物系列已取得了一些顯著的升級(jí)改性。升級(jí)的關(guān)鍵特性包括：（a）高黏度，達(dá)到初始級(jí)別的2倍；（b）硫化體系改性，降低膠料焦燒；（c）聚合物結(jié)構(gòu)改性，注射成型時(shí)模具污染最小化；（d）聚合物結(jié)構(gòu)改性，增強(qiáng)軟管膠料的動(dòng)態(tài)特性。

（4）AEM升級(jí)制得AEM G系列（MA含量標(biāo)準(zhǔn)）和AEM GLS系列（MA含量高，油溶脹度低）。聚合物改性有助于在采用其他促進(jìn)劑替代DOTG的情況下，壓縮永久變形性能達(dá)標(biāo)。

（5）用AEM LS和AEM HT-OR（MA含量高）添加低揮發(fā)性增塑劑制成的膠料，即使在熱老化后，仍具有良好的耐油性和低溫性能。

（6）近期關(guān)于車(chē)用液體的研究結(jié)果表明，在一些情況下，相對(duì)低酯含量的AEM膠料比相對(duì)高酯含量的AEM膠料性能優(yōu)良；在一些液體中，尤其是低pH和高溫的情況下，AEM膠料的老化性能優(yōu)于HT-ACM膠料（全酯）。

［1］ Edward McBride.Advancements in AEM Polymers for Improved Processing and Improved Properties［J］. Rubber World，2014，250（1）:20-27.

［責(zé)任編輯：翁小兵］

TQ 333.97

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1671-8232（2015）11-0045-08

2015-04-08

楊英（1974— ），女，甘肅慶陽(yáng)人，碩士，高級(jí)工程師。從事科技期刊編輯出版工作。