基于ASTM D7216-22的发动机油橡胶相容性能研究.pdf
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1、 年 月第 卷 第 期润滑与密封 :文献引用:李小刚,苏辉,张遂心,等基于 的发动机油橡胶相容性能研究润滑与密封,():,():收稿日期:;修回日期:作者简介:李小刚(),男,学士,工程师,从事润滑油评定标准化研究工作。:。基于 的发动机油橡胶相容性能研究李小刚,苏 辉,张遂心,张大华,安书杰,(中国石油天然气股份有限公司昆仑润滑检测评定中心 甘肃兰州;中国石油天然气集团公司润滑油重点实验室 甘肃兰州)摘要:我国汽车市场油品规格主要以 规格以及中国 规格为主,这些油品规格都要求采用 来评价汽车发动机密封件与油品的相容性能。为此提出采用 评价润滑油橡胶相容性的方法,并采用该方法评价发动机油中常用
2、基础油、无灰分散剂、抗氧抗腐剂对橡胶相容性的影响。结果表明:类和 类基础油对丁腈橡胶()和聚丙烯酸酯橡胶()有使其收缩的影响,对氟橡胶()、硅橡胶()及聚乙烯丙烯酸酯橡胶()有使其膨胀的影响,但均满足中国 规格对橡胶相容性指标的要求;聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂 (高分子常规型)和 (高分子烟炱型)调配的 的油品橡胶相容性均满足 规格的要求;纯度为 的二正丁基二硫代氨基甲酸酯(抗氧抗腐剂)与研究的 种橡胶片的相容性较好;采用 类基础油()、类基础油()、分散剂、二正丁基二硫代氨基甲酸酯(抗氧剂)以及复配其他添加剂调配的全配方油品表现出较好的橡胶相容性性能。关键词:发动机油;橡胶相容性;基础油;
3、无灰分散剂;抗氧剂中图分类号:,(,;,):,()(),(),()(),()()(),(),():;随着汽车工业的迅速发展,越来越多的 开始关注润滑油与车用密封材质的相容性问题。相容性是指润滑油对其接触的各种金属材料、非金属材料等无负面影响,同时这些材料也不会对润滑油有负面影响。橡胶相容性是润滑油的重要性能之一,在机械的运转过程中,润滑油会与橡胶密封件发生接触,两者的长时间接触首先会使橡胶的体积发生变化,力学性能下降,最终导致橡胶密封件失效;其次还会使润滑油颜色变深,性能下降,加剧润滑油的老化过程,增大相对运动的零部件的摩擦磨损。因此,与橡胶密封材料的相容性是润滑油研制和使用的重要参数,润滑油
4、与橡胶必须具有良好的相容性。目前,评价润滑油与橡胶密封件相容性的方法主要有:欧洲 规格的 和 美 国 规 格 的 。其中欧洲 代替了 。而我国发动机油市场主要以美国 规格为主,美国 、及中国 自主规格的油品均要求采用 来评价发动机油与典型密封橡胶(丁腈橡胶()、聚丙烯酸 酯 橡 胶()、氟 橡 胶()、硅 橡 胶()及聚乙烯丙烯酸酯橡胶()的相容性。润滑油橡胶相容性的研究,目前主要以 发动机常用的典型密封橡胶件,按照规定的尺寸裁剪后在润滑油中进行浸泡试验为主。例如吴福丽等采用 方法以法国生产的氟橡胶()、聚丙烯酸脂橡胶()、硅橡胶()、丁腈橡胶()种标准橡胶片为试验件,研究了常用基础油、黏度指
5、数改进剂、清净剂、分散剂、抗氧剂等对橡胶相容性的影响,结果显示:基础油类型对橡胶相容性影响很大,酯类油使丙烯酸酯橡胶溶解,使硅橡胶变质,而黏度指数改进剂对各种橡胶影响很小。周少鹏、陈航等人以西北橡胶塑料研究设计院生产的丁腈橡胶、丙烯腈橡胶、氟橡胶和硅橡胶为试验件,研究了添加剂对航空润滑油橡胶相容性的影响,结果显示:磷酸酯极压抗磨剂使丁腈橡胶的体积变化率增大,其他添加剂对丁腈橡胶的体积变化率无显著影响;抗氧剂使氟橡胶的体积变化率有微弱的减小;酸性磷酸胺极压抗磨剂使硅橡胶体积发生收缩。韩恒文介绍了不同内燃机油规格采用的橡胶相容性评价方法的研究现状,但这些研究的共同是:()采用欧洲的标准方法()或是
6、实验室自己的方法进行橡胶浸泡试验;()通过对试验橡胶片浸泡前后橡胶片的体积变化、硬度变化和拉伸特性变化来评价润滑油与橡胶片的相容性能。但国内采用 方法研究润滑油橡胶相容性的报道很少。由于欧洲的标准方法()适用于欧洲汽车所用密封件与油品的相容性测试,而我国汽车市场油品规格主要以 规格以及中国 规格为主,这些油品规格都要求采用 来评价汽车发动机密封件与油品的相容性能。因此,本文作者采用 方法,以丁腈橡胶()、聚丙烯酸酯橡胶()、氟橡胶()、硅橡胶()及聚乙烯丙烯酸酯橡胶()为试验件,研究发动机油中常用基础油、无灰分散剂、抗氧抗腐剂对橡胶相容性的影响。试验部分 仪器和原料试验主要设备有:拉力试验机(
7、符合 的要求),邵氏 型硬度计(符合 的邵氏 型硬度计),橡 胶密度计(质 量 测 量 范 围:,体积解析:),烘箱(控温能力在()和()。按照 方法的要求,使用 种标准橡胶片(美国生产且满足 标准)为试验件,包 括 丁 腈 橡 胶()、聚 丙 烯 酸 酯 橡 胶()、氟橡胶()、硅橡胶()以及聚乙烯丙烯酸酯橡胶()。试验基础油和添加剂的类型见表。表 试验基础油和添加剂的类型 名称结构或类型 类基础油 类基础油聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂(高分子常规型)聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂(高分子烟炱型)抗氧剂二正丁基二硫代氨基甲酸酯 橡胶相容性评价方法对比欧洲 规格 的 和 美 国 规 格 的 是目
8、前评价润滑油橡胶相容性最常用的方法,种方法的差异化如表 所示。润滑与密封第 卷表 与 对比 参数 试验温度 、试验时间 试验油量 标准橡胶件、标准橡胶件产地美国且符合 法国生产评价参数、注:为浸泡前后体积变化率;为浸泡前后硬度变化;为浸泡前后扯断伸长率变化率。从表 中可以看到,和 标准的差异在于试验时间、试验油量及标准橡胶片的种类;共同点是均对丁腈橡胶采用 的浸泡温度,然后对浸泡后橡胶片的体积变化率、硬度变化、断裂拉伸强度变化率和扯断伸长率变化率进行测量,并以此参数来评价润滑油与密封橡胶的相容性能,具体评价相容性能好坏的指标以不同油品的规格为主。试验过程文中试验过程严格按照 执行,试验条件如表
9、 所示。在标准橡胶片(长 ,宽 和厚度 )上沿垂直纹理方向用哑铃切刀切出 个哑铃型试片,其中 片用于初始拉伸试验,另 片用于浸泡试验;用矩形切刀切出 个矩形试片,用排水法测量 个矩形试验片在浸泡前的体积(),并取 个矩形试验片的平均值。擦干试片后,测量 个矩形试验片浸泡前的硬度(),取 个矩形试验片的平均值。规定邵氏 型硬度测量试片的厚度为 ,由于文中试验的试片厚度为 ,因此测量硬度时需要将 片试片重叠后进行测量。按照表 中橡胶种类设定不同的烘箱温度,量取()的试验油倒入试验玻璃管中,用不锈钢丝将试片悬挂在支架上,保证试片完全浸没在试验油中,且试片之间及试片与杯壁间不接触,试片表面无气泡。将试
10、验玻璃管固定在支架上并放入烘箱中,试验结束后,将试验玻璃管从烘箱中取出,待试片冷却后用干净的吸油纸吸去橡胶试样上残留的油渍,在规定时间内完成试验片浸泡后的体积()、硬度()及拉伸性能的测试。拉伸性能的测试参考 ,拉伸速率为(),测试 个浸泡试验片的断裂拉伸强度的平均值()和拉断伸长率的平均值(),个初始试验片的断裂拉伸强度平均值()和扯断伸长率平均值()。按下面公式计算体积变化率、断裂拉伸强度变化率和扯断伸长率变化率:体积变化率:()硬度变化:断裂拉伸强度变化率:()扯断伸长率变化率:()表 橡胶片试验温度和时间 参比橡胶浸入测试温度 浸入测试时间 结果与讨论 基础油对润滑油橡胶相容性的影响目
11、前研究人员已对润滑油基础油(环烷基油、石蜡基油、单酯及双酯)及酯类油对橡胶相容性的影响进行了研究,但缺乏对 类基础油()和 类基础油()橡胶相容性的考察。由于 和 为目前常用于调和柴油机油(包括 级别的柴油机油)的基础油,因此,文中选取 类基础油()和 类基础油()进行橡胶相容性试验,结果如表 所示。年第 期李小刚等:基于 的发动机油橡胶相容性能研究 表 和 橡胶相容性试验结果 橡胶型号指标指标限值体积变化 硬度变化 拉伸强度变化 拉断伸长率变化 体积变化 硬度变化 拉伸强度变化 拉断伸长率变化 体积变化 硬度变化 拉伸强度变化 拉断伸长率变化 体积变化 硬度变化 拉伸强度变化 拉断伸长率变化
12、 体积变化 硬度变化 拉伸强度变化 拉断伸长率变化 注:表中指标限值为中国 规格的指标范围。从表 中可以看到:()试验结果有正负之分,对于拉伸强度和拉断伸长率来讲负值表示橡胶浸油后性能下降;对于硬度变化来讲,负值表示橡胶浸油后变软了;对于体积变化来讲,负值表示橡胶浸油后收缩了;()对丁腈橡胶()和聚丙烯酸酯橡胶(),种基础油有使其收缩的影响,主要体现在体积变小,硬度变大,拉伸性能变差;对氟橡胶()、硅橡胶()及聚乙烯丙烯酸酯橡胶()有使其膨胀的影响,主要体现在浸泡后橡胶片的体积变大、硬度变小,拉伸性能变差;()试验的 种基础油中,类基础油()对 种橡胶密封件的影响较小,体现在其与 种橡胶片相容
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