一類環(huán)丁砜衍生物橡膠密封膨脹劑性能研究

2014-04-02 邱麟軍華東交通大學基礎科學學院

　　為解決一些潤滑油與橡膠密封材料相容性差或者使密封材料產(chǎn)生密封收縮而導致密封泄漏的問題，研究一類環(huán)丁砜衍生物橡膠密封膨脹添加劑。分別以異辛醇、正癸醇、十二醇為原料與環(huán)丁烯砜反應，制備3 種密封膨脹劑。根據(jù)ASTM D471，分別考察它們在Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類基礎油中的橡膠密封膨脹相關性能。結果表明: 3 種橡膠密封膨脹劑加入基礎油中，能有效改善橡膠密封件的密封收縮問題，改變潤滑油與橡膠的相容性; 碳鏈長度較短的密封膨脹劑與橡膠的相容性較好，隨著密封膨脹劑碳鏈長度的增加，其對橡膠相容性的影響逐漸減弱。

　　近年來由于橡膠密封件與潤滑油相容性差引起的油品滲漏，越來越受到重視。尤其是在歐美國家，對多種油品與橡膠密封件的相容性提出了要求，如對車輛齒輪油，在新的API，PG-1，PG2 規(guī)格中都加入橡膠密封材料相容性試驗。歐洲ACEA 標準中對全部所有級別的發(fā)動機油提出了橡膠相容性的要求。因橡膠材料與潤滑油相容性差而引起的汽車召回事件也屢屢上演，例如梅賽德斯- 奔馳由于轉向助力液高壓管路與助力泵的連接管松動，造成轉向助力液滲漏，召回奔馳轎車共25 305 輛。國內(nèi)同樣有研究人員關注密封件泄漏問題，關子杰指出我國潤滑油的浪費量是驚人的，在不斷提高潤滑油品質來減少油耗，提高潤滑性能時卻忽略了與密封件相容性差而引起的漏油問題。

　　楊眉敏等對車用二甲醚橡膠密封件相容性做了測試研究。吳福麗等對多種潤滑油與橡膠的相容性進行了一系列的評價。韓恒文等綜述了各種規(guī)格自動傳動液( ATF) 的橡膠相溶性評價的標準方法，介紹了各種ATF 橡膠相容性評價方法的測試方法、測試條件、橡膠種類、測試條件和評定參數(shù)，同時分析了各種標準方法評價ATF 油品的規(guī)格和相應的評定標準。

　　雖然密封泄漏的問題引起了人們的關注，但是只是停留在對油品的相容性測試階段，并未對油品改進做相關研究。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類基礎油具有黏度指數(shù)高、低溫性能好及極佳的熱氧化性能等優(yōu)點，卻也存在著密封收縮的問題，尤其是PAO。為了解決橡膠密封件的相容性問題，國外采用密封膨脹劑添加于油品中以此解決因密封收縮而引起的泄漏問題。所謂密封膨脹劑是指使橡膠密封材料發(fā)生輕微膨脹，避免密封失效或密封收縮而漏油。

　　專利US7727944，US20070087947，US7485734等都有密封膨脹劑的報道，其中US20070087947，US7485734 介紹了含有密封膨脹劑以及其他各種添加劑的潤滑油全配方，并進行簡單的評價，但并未對單獨的密封膨脹劑性能做評價。US7727944 介紹了一種密封膨脹劑合成的方法，但此法略顯復雜。而國內(nèi)有關密封膨脹劑的相關研究甚少。本文作者采用環(huán)丁烯砜與醇類反應合成一類密封膨脹劑，依據(jù)ASTMD471測試合成的3 種添加劑分別在Ⅱ類基礎油、Ⅲ類基礎油與Ⅳ類基礎油中的相關性能，來考察密封膨脹劑的密封膨脹性能。

1、實驗部分

　　1.1、密封膨脹劑的制備

　　選取異辛醇、正癸醇和十二醇( 均為天津市光復精細化工研究所生產(chǎn)，分析純試劑) ，分別與環(huán)丁烯砜( 工業(yè)級) 進行反應制得產(chǎn)物3 - 異辛氧基環(huán)丁砜( A) 、3 - 正癸氧基環(huán)丁砜( B) 、3 - 十二氧基環(huán)丁砜( C) 。反應方程式如圖1 所示，反應溫度為室溫，堿性條件下反應，反應時間為4 ～ 6 h，反應結束后過濾、萃取、水洗、蒸餾最后得黃色透明液體產(chǎn)物。其中產(chǎn)物A 的密度為858 kg /m3，40 ℃運動黏度為25 mm2 /s。

圖1 反應式

　　1.2、紅外光譜分析測定

　　圖2 示出了原料異辛醇與合成產(chǎn)物A 的紅外光譜對比，可以看出，在1 500 ～ 1 700 cm- 1 生成了一個新的峰，此峰為醚類特征吸收峰，說明異辛醇的醇羥基和環(huán)丁砜發(fā)生反應形成了醚。而在3 000 ～ 3 5000 cm- 1的—OH 的伸縮振動明顯減弱但還有少量原料存在。

產(chǎn)物A 與原料紅外光譜對比

圖2 產(chǎn)物A 與原料紅外光譜對比

　　1.3、相容性實驗

　　相容性實驗的基礎油分別選用Ⅱ類基礎油60N、Ⅲ基礎油150N 和Ⅳ類基礎低黏度PAO�；A油的物性如表1 所示。在3 類基礎油中分別加入3% 的密封膨脹劑，總共形成9 個實驗組與3 個空白組，考察各組對橡膠相容性的影響。

　　根據(jù)ASTM-D471 的標準方法，分別測定丙烯酸酯橡膠( ACM ) 、氟橡膠( FPM ) 、丁腈橡膠( NBR) 、硅橡膠( VMQ) 4 種橡膠在油中浸泡前后硬度的變化量ΔH，拉伸強度的變化ΔT ( %) ，扯斷伸長率變化ΔE ( %) ，體積的變化量ΔV ( %) 。測試溫度為150 ℃，浸泡時間為166 h。

基礎油性能