姬燕飛 王紅梅 原曉城 張國(guó)寧

一款汽車(chē)汽油輸油管用o型圈膠料配方設(shè)計(jì)

姬燕飛 王紅梅 原曉城 張國(guó)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(duì)填充體系、硫化體系和防老體系進(jìn)行種類(lèi)的變化及用量調(diào)整，經(jīng)過(guò)耐油性能和力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)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?xún)?yōu)異、適合工業(yè)化生產(chǎn)的性?xún)r(jià)比較高的混合汽油燃油動(dòng)力汽車(chē)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(guó)計(jì)民生的機(jī)床、船舶工程、汽車(chē)行業(yè)、航空航天、各類(lèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工程機(jī)械和儀器儀表中都離不開(kāi)橡膠密封產(chǎn)品。近年來(lái)為保護(hù)環(huán)境，國(guó)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(shì)[1]。除了環(huán)保方面要求，汽車(chē)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(duì)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(guò)氧化物等[2]，因此對(duì)在乙醇汽油燃油環(huán)境下使用的汽車(chē)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(hù)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(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的普遍共識(shí)[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(shí)為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用多項(xiàng)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(guò)配合劑種類(lèi)和用量的調(diào)整，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證確定最佳配合的比例關(guān)系完成最終配方設(shè)計(jì)。

圖1 橡膠O型圈密封制品

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

丁腈橡膠N220S/230S/240S JSR株式會(huì)社；HNBR4367 朗盛化學(xué)（中國(guó)）有限公司；DCP 天津諾力昂過(guò)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(jí)材料。

2.2 儀器與設(shè)備

75L密煉機(jī)，大連橡塑機(jī)械廠；XK-550型開(kāi)煉機(jī)，呼和浩特市新生聯(lián)合機(jī)械廠；X（S）K-160B型開(kāi)煉機(jī)，青島市第三橡膠機(jī)械廠制造；100KN電子拉力機(jī)，長(zhǎng)春科新科技有限公司；0.63兆牛半自動(dòng)壓力成型機(jī)，上海西瑪偉力橡塑機(jī)械有限公司；換氣老化試驗(yàn)箱QLH-100，江蘇艾默生試驗(yàn)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(yàn)機(jī)，天津材料試驗(yàn)機(jī)廠。

2.3 試驗(yàn)配方及性能測(cè)試

2.3.1 橡膠配方性能測(cè)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(yàn)方法第一部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)》執(zhí)行。

橡膠強(qiáng)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(cè)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(cè)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(yàn)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(cè)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(yàn)》進(jìn)行測(cè)試。

O型圈物理機(jī)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(yàn)基礎(chǔ)配方

設(shè)計(jì)的試驗(yàn)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(jìn)劑→防老劑→炭黑→液體增塑劑→硫化劑→下片。不作特殊說(shuō)明的情況下，本實(shí)驗(yàn)丁腈配方強(qiáng)伸試片、壓變?cè)嚇恿蚧瘲l件160℃×20min；氫化丁腈配方強(qiáng)伸試片硫化條件175℃×15 min，壓變?cè)嚇右涣?75℃×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(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表2：

表2 性能測(cè)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(cè)試結(jié)果較其它配方優(yōu)異符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。4個(gè)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(qiáng)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(duì)選擇2#配方硫化體系進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)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(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表4：

表4 性能測(cè)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(jìn)劑使用同時(shí)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(shí)還降低了配方對(duì)相對(duì)價(jià)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(cè)試

小配合試驗(yàn)橡膠配方后，使用6#配方在75L 密煉機(jī)膠料混煉制備。

打開(kāi)料倉(cāng)門(mén)投料后關(guān)閉料門(mén)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(jìn)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(kāi)煉機(jī)前后輥溫控制在40-50℃。在開(kāi)煉機(jī)上包輥混煉至均勻、無(wú)孔洞后加入硫化劑，打開(kāi)搗膠架進(jìn)行膠料勻化，3min±0.1min后進(jìn)行薄通，三包兩卷后按照厚度6～10mm，長(zhǎng)度1.5m下大片，掛片冷卻停放8h后性能快檢性能測(cè)試：合格后使用。

表5 6#配方開(kāi)煉密煉性能對(duì)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?xún)r(jià)比最高；

（2）使用配方6#密煉工藝可以生產(chǎn)滿(mǎn)足使用條件指標(biāo)要求的汽車(chē)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(jī)學(xué)報(bào),2012,30(06):511-518.

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

[3]楊殿榮,辛振祥.現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計(jì)[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(jí)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。