不同橡胶材料和结构的汽车燃油胶管渗透率研究

不同橡胶材料和结构的汽车燃油胶管渗透率研究
侯波;薛俊芳;赵玉明;张彬
【摘要】研究了不同橡胶材料制造的燃油胶管、加油胶管等的燃油渗透率大小,重点研究了渗透性优异的材料的结构.涉及的橡胶材料有:1)NBR+PVC(乳液共
混)/CSM、2)NBR+PVC(机械共混)、3)NBR+PVC(乳液共混)、4)FKM(过氧化物)/NBR(过氧化物)双复合、5)FKM(双酚)/ECO双复合、6)FKM(过氧化
物)/NBR(过氧化物)AR/CSM、7) FKM(过氧化物)/ECO、8)NBR(过氧化物)/F-TPV/NBR(过氧化物)、9)FKM(过氧化物)/F-TPV/ECO、10)FKM(过氧化物)/F-TPV/ECO/AR/AEM共10种.通过对有耐油渗透性能的橡胶材料及一些有渗透要求标准的产品结构的分析,通过橡胶配方和工艺的优化,并将以上结构的产品进行同条件的燃油渗透试验验证,发现耐渗透率及渗透能力从1)到10)依次提高.
【期刊名称】《世界橡胶工业》
【年(卷),期】2016(043)011
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】渗透率;芳纶线(AR);附着力
【作者】侯波;薛俊芳;赵玉明;张彬
【作者单位】天津鹏翎胶管股份有限公司,天津300270;天津鹏翎胶管股份有限公司,天津300270;天津鹏翎胶管股份有限公司,天津300270;天津鹏翎胶管股份有限公司,天津300270
【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.3
由于绿色化学的要求及国Ⅵ排放法规的推行，对耐渗透胶管的研发愈发迫切。

根据耐油性要求，目前有丁腈橡胶、丁腈橡塑合金胶、氟橡胶、氟树脂等典型聚合物材料可供选用；根据产品使用环境如耐热老化、耐候性等的需求，目前有氯磺化聚乙烯、丁腈橡塑合金胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等典型橡胶材料可供选用。

根据这些典型橡胶材料的特性，以及胶管产品生产的结构和工艺要求，组合出各种可能可以达到耐油渗透要求的胶管，采用渗透方面的标准进行了渗透试验研究，确定了不同结构燃油胶管的耐渗透级别，从而为实际的胶管研发提供技术依据。

1.1 原材料
丁腈橡胶（NBR），1052，丙烯腈含量33%，镇江南帝；丁腈橡塑合金
（NBR+PVC）乳液共混，517，丙烯腈含量41%，日本瑞翁；丁腈橡塑合金（NBR+PVC）机械共混，丙烯腈含量41%，国产；氯磺化聚乙烯橡胶（CSM），吉化公司；氟橡胶（FKM），氟含量70%，大金公司；氟橡胶（FKM），氟含量69%，大金公司；氟橡胶（FKM），氟含量69%，杜邦公司；氟树脂（F-
TPV/THV），大金公司或3M公司，全文以F-TPV为代表；氯醇橡胶（ECO），一元均聚型（C）、二元共聚型（H），大曹公司；乙烯-丙烯酸酯橡胶（AEM），低温、耐候性橡胶，杜邦公司。

1.2 主要仪器、设备及其他材料
整套挤出设备，硫化罐，清洗机，产品裁剪模具渗透试验汽油装置罐，精密电子秤，热老化箱，涂覆用氟树脂。

试验液体为NES M5052规定的汽油（日石公司生产）。

1.3 试样制备
根据加油管和燃油管的类型，统一制备内径34 mm、壁厚4 mm、长350 mm
的直型试样胶管。

1）NBR+PVC（乳液）/CSM胶管：使用内层NBR+PVC（乳液）的混炼胶与外
层CSM的混炼胶，挤出制备双复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件1#；
2）NBR+PVC（机械）：将NBR+PVC（机械）的混炼胶挤出，制备单层全胶试
样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件2#；
3）NBR+PVC（乳液）：将NBR+PVC（乳液）的混炼胶挤出，制备单层全胶试
样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件3#；
4）FKM（双酚）/ECO双复合：使用内层氟含量69%的双酚硫化氟混炼胶，与外层氯醇混炼胶挤出，制备双复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件
4#；
5）FKM（过氧化物）/NBR（过氧化物）双复合：使用内层氟含量70%的过氧化物硫化氟混炼胶，与外层NBR过氧化物硫化的混炼胶挤出，制备双复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件5#；
6）FKM（过氧化物）/NBR（过氧化物）/AR/ CSM：使用内层氟含量70%的过
氧化物硫化氟混炼胶，与中层NBR过氧化物硫化的混炼胶挤出，再增加AR芳纶线，最后包外层胶CSM，制备四层复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品
为样件6#；
7）FKM（过氧化物）/ECO：使用内层氟含量70%的过氧化物硫化氟混炼胶，与
外层氯醇混炼胶挤出，制备双复合试样胶管，硫化成型制成的最终试验产品为样件7#；
8）NBR（过氧化物）/F-TPV/NBR（过氧化物）：使用内层NBR过氧化物硫化
的混炼胶挤出复合低渗透性的氟树脂层，再复合一层NBR过氧化物硫化的混炼胶，制备出三层复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件8#；
9）FKM（过氧化物）/F-TPV/ECO：使用内层氟含量70%的过氧化物硫化氟混炼
胶，与低渗透性的氟树脂层复合，再包外层氯醇混炼胶挤出制备三层复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件9#；
10）FKM（过氧化物）/F-TPV/ECO/AR/ AEM：使用内层氟含量70%的过氧化
物硫化的氟混炼胶，与低渗透性的氟树脂层复合，再包中层氯醇混炼胶，增加AR 芳纶线后包一层耐天候和热老化的AEM外胶，挤出制备五层复合试样胶管，硫化成型制造的最终试验产品为样件10#；
为减少试验误差因素，根据以上试样制备方式确保制造尺寸统一的试样产品。

1.4 试验方法
1.4.1 试验条件
前处理温度（40±2）℃，时间168 h；测试试验温度（40±2）℃，时间72 h。

1.4.2 试验操作
1）在各胶管试样中注满介质，按图1所示设置状态进行。

2）在玻璃瓶插入部分（每侧30 mm）及试样端面涂氟树脂，以防止介质透过。

3）将设置的试样放置在符合前处理试验温度规定的恒温槽中，进行168 h的前处理试验。

将试样带玻璃瓶的一侧向上，使介质能充满且接触整个试样，使用温度循环型恒温槽时，应将试样配置在风直接吹不到的位置。

4）前处理实验结束后，将处理的试样取出，立即称重，随后立即放入（40±2）℃恒温槽中，之后每隔24 h取出试验试样，测得质量。

测量结束后放回恒温槽中。

此操作在规定时间72 h内反复进行。

1.4.3 试验结果评价
计算渗透公式（计算值精确到小数点后1位）：
式中：Qn是每天的渗透量（mg·cm-2·d-1）；S为胶管外表面橡胶露出部分的面积，cm2；Wn是n天后胶管在设定状态下的质量，mg；n是0、1、2、3 d。

渗透量表示每天（每24 h）内的渗透损失质量的最高值。

另外，记录72 h（3 d）
内每天的透过量Qn，共统计三次。

1.5 相关实验标准
渗透试验标准 NISSAN NES D5501 FIH-3 2015；试验液体选择根据标准NISSAN NES M5052；低渗透加油管通用标准 GMW 15349 E2 2014-11；低渗透加油管通用标准 GMW 15349 G2 2014-11。

10种配方材料和结构的胶管的汽油渗透后测试质量详见表1。

根据40 ℃、168 h条件处理试样后，进行样件称重，记为0 h质量；继续在40 ℃下处理24 h后进行称重，记为24 h时的质量；继续在40 ℃下处理24 h后进行
称重，记为48 h时的质量；继续在40 ℃下处理24 h后进行称重，记为72 h时
的质量。

根据式（1）计算的10个实验胶管样件72 h内的Qn如表2所示。

根据耐油及渗透能力汇集的橡胶材料能力如图2所示[1]。

根据耐油及渗透试样的材料混炼胶密实性能力如图3所示[2]。

根据表1渗透透过剩余质量、渗透透过量计算公式计算出的10个试样渗透率数据Qn记录和图2中配方材料和结构的胶管的材料耐热和耐油级别、图3中配方材料和结构的胶管的材料密实性所示，将10个试样渗透能力在同一温度下研发验证出相对应的渗透能力级别。

（1） A级耐渗透性
F-TPV作中间层（试样8#、9#、10#）结构的胶管，渗透率均小于10
mg/(cm2·d)。

主要得益于F-TPV的高耐油渗透性，其次是FKM、NBR的耐油性；F-TPV和FKM、NBR、ECO的粘接也可能是要点，在后期的研究项目中进行探讨。

（2） B级耐渗透性
70%氟含量FKM（过氧化物）作内层（试样6#、7#）结构的胶管，渗透率10～
20 mg/(cm2·d)。

主要得益于FKM（过氧化物）的耐渗透性，其次的NBR（过氧化物）的耐油性、ECO的耐油和渗透性。

（3） C级耐渗透性
FKM（过氧化物）/NBR（过氧化物）复合及FKM（双酚）/ECO复合（试样5#和4#）胶管，渗透率20～30 mg/(cm2·d)。

主要得益于70%氟含量FKM（过氧化物）的耐渗透性肯定强于69%氟含量的FKM橡胶，NBR（过氧化物）的耐油性高于ECO，但密实性差于ECO，所以该结构的加油、通气胶管耐渗透性FKM（过氧化物）/NBR（过氧化物）的低于FKM（双酚）/ECO复合的。

（4） D级耐渗透性
高丙烯腈含量NBR+PVC全胶结构加油管，乳液共混的高丙烯腈胶料（3#）耐渗透能力高于机械共混（2#）的，渗透率在30～50 mg/(cm2·d)。

主要得益于高丙烯腈含量、PVC的塑炼加入，及低渗透的乳液共混方式。

（5） E级渗透性（一般渗透率）
结构为NBR+PVC/CSM的双复合胶管（1#），渗透率50～70 mg/(cm2·d)。

内层橡胶的低渗透性起主要作用，外胶起到耐候保护作用，是低成本的一般耐渗透胶管结构。

通过以上研究证明，以氟树脂（F-TPV或THV）为主的结构胶管耐渗透性最好；以70%氟含量的氟橡胶为内胶渗透阻隔层，复合密实性优秀的外胶结构，其耐渗透性次之；以69%氟含量的氟橡胶为内胶渗透阻隔层，复合密实性优秀的外胶结构，其耐渗透性再次之；以高丙烯腈含量共混PVC的橡塑合金胶的全胶结构胶管再次之；以高丙烯腈含量共混PVC的橡塑合金胶为内胶，复合耐候性密实性材料的结构胶管耐渗透性最一般，但成本最低。

希望以上渗透专题的研究、对耐渗透材料的分析、对特性橡胶的耐渗透贡献研究，能为胶管业同行提供参考。

【相关文献】
[1] 范汝良. 各种橡胶抗耐性研究[R]//橡胶配方与工艺学习班, 2014, 世界橡胶工业编辑部, 无锡. 上海:世界橡胶工业编辑部, 2014.
[2] 谢遂志，刘登祥，周鸣峦, 等. 橡胶工业手册[M]. 北京:化学工业出版社, 1989.。