油品對(duì)橡膠材料的影響機(jī)理與應(yīng)用選型

 

在工程實(shí)踐中，橡膠材料與油品的相容性直接影響著部件的性能與壽命。從本質(zhì)上看，油品對(duì)橡膠的作用機(jī)理主要可從三方面進(jìn)行分析：

 

首先是溶脹效應(yīng)。當(dāng)橡膠與油品接觸時(shí)，油分子會(huì)逐漸向橡膠高分子鏈之間滲透擴(kuò)散，導(dǎo)致橡膠體積膨脹、模量降低。其次是抽提作用。油品會(huì)溶解并抽取出橡膠中的增塑劑及部分低分子量助劑，長期作用可能導(dǎo)致橡膠硬化或脆化。最后是化學(xué)相容性問題。某些極性油或含有活性添加劑的油品可能與橡膠分子主鏈或交聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而改變其性能。

 

工程上通常通過測定橡膠在油中浸泡后的體積變化率、質(zhì)量變化率、硬度變化以及拉伸性能保持率等指標(biāo)來綜合評(píng)價(jià)其耐油性。一般來說，體積溶脹率在10%以內(nèi)可視為耐油性能良好，10%–20%尚可接受，若超過30%，則在多數(shù)實(shí)際工況下已不適用。

 

 

以下將針對(duì)不同油品體系，對(duì)橡膠材料的選用進(jìn)行分析和建議。

 

一、礦物油體系（液壓油、潤滑油、機(jī)油）

傳統(tǒng)礦物油主要由石油餾分組成，以飽和烷烴為主，含有一定比例的芳烴，整體極性較低。不同標(biāo)準(zhǔn)或來源的礦物油，其芳烴含量可能存在顯著差異。

 

推薦橡膠材料：

丁腈橡膠（NBR）是該體系中最常用的橡膠材料，其耐油性主要取決于丙烯腈含量。丙烯腈含量在18%–25%的低腈NBR耐寒性好但耐油性一般；丙烯腈含量26%–34%的中腈NBR綜合性能較為均衡，應(yīng)用廣泛；丙烯腈含量35%–45%的高腈NBR耐油性優(yōu)異，但低溫彈性會(huì)有所下降。在40℃–100℃的礦物液壓油中，中高腈NBR的體積膨脹率通常可控制在5%–15%。

 

氫化丁腈橡膠（HNBR）在保持NBR良好耐油性的同時(shí)，顯著提高了耐熱性、耐氧化性和耐疲勞性能，適用于高溫液壓系統(tǒng)或發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)境，長期使用溫度可達(dá)150℃。

 

氟橡膠（FKM）在高溫、高負(fù)荷的礦物油體系中表現(xiàn)極為出色，體積溶脹率通常低于5%，但成本較高，多用于對(duì)密封性能要求苛刻的場合。

 

二、燃料油體系（汽油、柴油、航空燃料）

燃料油中含有較多的芳烴及輕質(zhì)組分，對(duì)橡膠的溶脹能力較強(qiáng)，且通常具有一定揮發(fā)性。

 

推薦橡膠材料：

氟橡膠（FKM）是應(yīng)對(duì)汽油、柴油等燃料環(huán)境的優(yōu)先選擇，尤其適用于含芳烴汽油或高溫燃油系統(tǒng)，其體積變化率一般可保持在8%以內(nèi)，且能較好地維持力學(xué)性能。

 

丙烯酸酯橡膠（ACM）對(duì)礦物油和柴油具有較好的耐受性，耐熱性能優(yōu)于NBR，但對(duì)汽油及低分子芳烴的抵抗能力一般，更適用于柴油及自動(dòng)變速箱油環(huán)境。

 

環(huán)氧氯丙烷橡膠（ECO/CO）對(duì)燃料油及汽油蒸氣具有較好的穩(wěn)定性，同時(shí)具備一定的耐臭氧能力，常用于汽車燃油系統(tǒng)的軟管和密封件。

 

三、合成油體系

 

PAO合成油

聚α-烯烴合成油極性較低，其溶脹行為與高純度礦物油類似。中腈NBR、HNBR及FKM均可適用，一般情況下中腈NBR已能滿足使用要求。

 

酯類合成油

雙酯、聚酯等酯類油極性較高，對(duì)橡膠的溶脹作用明顯增強(qiáng)。NBR在該類油中溶脹較為嚴(yán)重，體積變化可能超過30%，因此不推薦使用。更適宜的材料包括FKM、部分硅橡膠（VMQ）以及乙烯-丙烯酸酯橡膠（AEM）。

 

硅油

硅油對(duì)大多數(shù)有機(jī)橡膠會(huì)產(chǎn)生明顯的溶脹。與之相容性最佳的材料是硅橡膠（VMQ），氟橡膠（FKM）也可作為備選，但需經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證。通常不建議使用NBR或三元乙丙橡膠（EPDM）。

 

四、生物油與環(huán)保油體系

生物油多源自植物油或其改性產(chǎn)物，分子中含大量極性基團(tuán)。NBR、丁苯橡膠（SBR）等在此類油中耐受性較差。氟橡膠（FKM）、乙烯-丙烯酸酯橡膠（AEM）及部分熱塑性聚氨酯（TPU）是更優(yōu)的選擇。需特別注意，生物油體系常伴隨高溫和氧化條件，對(duì)橡膠的耐老化性能要求更高。

 

五、加工油與高芳烴油環(huán)境

在橡膠部件相互接觸或設(shè)備密封場景中，有時(shí)需考慮加工油遷移的影響。高芳烴油對(duì)NBR、天然橡膠（NR）等溶脹作用顯著；氟橡膠（FKM）、氯磺化聚乙烯橡膠（CSM）及環(huán)氧氯丙烷橡膠（CO）對(duì)芳烴油的耐受性相對(duì)更好。若存在長期浸泡情況，應(yīng)優(yōu)先選擇低溶脹材料體系或通過提高橡膠交聯(lián)密度來改善抗溶脹能力。

 

六、工程選型經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

 

選型時(shí)應(yīng)明確具體油品的標(biāo)準(zhǔn)與成分，避免僅以“液壓油”“潤滑油”等泛指作為依據(jù)。

 

即使為同一類橡膠，不同配方帶來的性能差異可能遠(yuǎn)大于材料種類本身的差異。

 

溫度升高會(huì)顯著加劇油品對(duì)橡膠的溶脹與老化效應(yīng)，選型時(shí)必須考慮工作溫度范圍。

 

對(duì)于關(guān)鍵密封部件，建議采用實(shí)際油品在實(shí)際工作溫度下進(jìn)行浸泡驗(yàn)證試驗(yàn)，以獲得更可靠的性能數(shù)據(jù)。

 

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