О влиянии масел на эластомеры (сальники, прокладки)

[torcon 64 300]

О влиянии масел на эластомеры 

Robert W. Keller CR Industries

(Все не перевожу, так как много рассуждений про мировые тенденции. Выделю главное.)

 

Lubrizol Corporation поставила ряд исходных очищенных базовых масел для использования при составлении масел класса SAE10W. Такие базовые масла могут использоваться в составе моторных масел 10W30 и 10W40. Эти масла различались по содержанию ароматических веществ и серы, и характеристики этих базовых масел суммированы в таблице 1. Низкосернистые низкоароматические масла имели внешний вид белого минерального масла. Базовые масла с высоким содержанием ароматических соединений и серы могут быть репрезентативными для материала, полученного из сырой нефти Ближнего Востока или Южной Америки. Испытания на кратковременное погружение проводились с использованием этих масел с типичными составами уплотнений вала Win Нитриловый каучук (NBR), Акриловый каучук (ACM), Силиконовый каучук (VMQ). Фторуглеродный каучук (FKM) и этилен-акриловый каучук. Подробное обсуждение результатов для каждой эластомерной системы будет обсуждаться отдельно. Во всех случаях ДО и ПОСЛЕ - свойства определялись в соответствии с методиками ASTM D471. Чтобы лучше определить влияние на полимерную сетку, относительные измерения состояния отвердения были выполнены с использованием методов набухания в растворителе. Результаты испытаний на набухание в растворителе вместе с известным составом соединений были использованы для расчета объемной доли полимера в состоянии равновесия в набухшем состоянии [v (2m) ] Методы определения v (2m) описаны в другом месте! , 2 Увеличение v (2m) будет указывать на усиление сшивки, ведущее к более высокому модулю упругости, более высокой твердости и более низкому предельному удлинению. Уменьшение v (2m) будет указывать на деградацию полимерной сетки, реверсию, ведущую к снижению твердости и модуля упругости.

 

 

Результаты с NBR (нитрил бутадиен каучук)

Запатентованный состав уплотнения вала из бутадиен-нитрильного каучука на основе полимера акрилонитрила средней плотности был выбран для исследования базового масла. Испытания на погружение проводили в течение 168 часов при температуре 135°C. Для сравнения были проведены исследования такого же старения в сухом воздухе, чтобы определить важность окисления в разложении NBR. Результаты показаны в Таблице II и на Рисунках 1, 2 и 3. В этом случае увеличение v 2m), увеличение модуля при удлинении на 50% и уменьшение предельного удлинения использовались как меры затвердения NBR.
Результаты показывают, что по мере увеличения изменения объема компаунда NBR, упрочнение эластомера в испытании уменьшалось. Эта тенденция точно не следовала за увеличением содержания ароматических веществ в маслах, поскольку масло со следующим по величине содержанием ароматических веществ, показало меньшее изменение объема по сравнению с маслом со следующим по величине содержанием ароматических углеводородов. Тем не менее, результаты показывают, что базовое масло, используемое в составе специфической смазки, может оказывать сильное влияние на отверждение компаунда для уплотнения вала из бутадиен-нитрильного каучука. В типичном уплотнении длительное отвердение эластомера NBR вызывает выход из строя эластомерного уплотнительного элемента из-за потери гибкости или из-за растрескивания эластомера. Можно было бы ожидать, что уплотнение из бутадиен-нитрильного каучука прослужит дольше, если при прочих равных условиях использовать базовые масла с высоким содержанием ароматических углеводородов и серы в составе смазочного материала.
Также было интересно сравнить старение базовых масел со старением в сухом воздухе. Наибольшее затвердение наблюдалось при старении на сухом воздухе. Это показывает важность окисления полимера NBR в общем процессе отвердения. Результаты показывают, что набухание эластомера смазкой может препятствовать старению. Однако это было бы верно только в том случае, если бы определенные присадки к маслу не влияли на процесс отвердения NBR. Эффекты специфических присадок к маслу являются важным фактором в отношении отверждения NBR, и этот вопрос будет обсуждаться позже в этой статье.

 

 

Результаты с ACM (акриловая резина)

Условия старения для запатентованного компаунда для уплотнения вала ACM составляли 168 часов при 177.C. Как и в случае исследований старения NBR, для сравнения были проведены эквивалентные исследования старения на сухом воздухе. Результаты представлены в таблице III и на рисунках 4, 5.

Результаты показывают, что материал 1 ACM намного менее чувствителен к изменениям в базовом масле по сравнению с материалом NBR. Как и в случае с NBR, наименее агрессивными базовыми маслами по отношению к упрочнению материала ACM были масла с высоким содержанием ароматических соединений и серы. Более низкие швы затвердевания должны быть связаны со способностью масла набухать эластомер, как это было в случае с NBR. Материал ACM также показал чувствительность к старению на сухом воздухе, что указывает на то, что материал ACM чувствителен к окислительным процессам, хотя полимер имеет насыщенную основу.

 

 

Результаты с VMQ (силикон)

Условия старения для запатентованного компаунда VMQ для уплотнения вала составляли 168 часов при 177 ° C. Исследования старения на сухом воздухе проводились в одно и то же время и в температурных условиях для сравнения. Результаты показаны в Таблице IV и Рисунке 6.

 

В отличие от многих других распространенных эластомеров уплотнений, VMQ имеет тенденцию восстанавливаться при высоких температурах в смазочных материалах3. Результаты показывают, что наиболее важным фактором реверсирования силикона была способность базового масла набухать в материале. Рисунок 6 показывает, что уменьшение v (2m), реверсия, очень чувствительно к изменению объема конкретного соединения в различных базовых маслах. В отличие от ситуации с NBR и ACM, наиболее агрессивным базовым маслом с точки зрения разложения силиконового соединения было масло, которое давало наибольшее набухание соединения. Таким образом, долговременный износ материалов NBR и ACM может быть уменьшен маслами, которые дают большее объемное набухание, в то время как силиконовые материалы будут испытывать большее ухудшение свойств масел, которые вызывают большее объемное разбухание.

 

 

Результаты с FKM (флюрокарбон)

Условия старения для запатентованного компаунда уплотнения вала FKM составляли 168 часов при 177 ° C. Результаты представлены в таблице 5.

Материал FKM. не показали особой чувствительности к какому-либо из протестированных масел. Во всех случаях наблюдалась незначительная деградация соединения FKM. Из типов соединений, оцениваемых в этом исследовании базового масла, соединение FKM было наименее чувствительным к различиям в базовом масле.

 

 

Результаты с этилен-акрилом

Условия старения запатентованного этилен-акрилового компаунда для уплотнения вала составляли 168 часов при 177 ° C. Результаты показаны в таблице VI и на рисунках 7, 8 и 9.

Этилен-акриловый компаунд показал гораздо большее твердение по сравнению с компаундом ACM при тех же условиях старения. Этилен-акриловое соединение показало высокую чувствительность к разбуханию масла. Масло с наибольшей способностью к набуханию компаунда показало наименьшую деградацию компаунда из-за затвердевания. Кроме того, изменение объема компаунда увеличивалось с соответствующим уменьшением твердения при старении компаунда в высокоароматических маслах с высоким содержанием серы. высокотемпературное разложение этилен-акриловых материалов

 

 

Приведенные выше результаты указывают на следующие тенденции при смене базового масла:

1 NBR Большее набухание компаунда NBR снижает деградацию из-за затвердевания

2. Повышенное набухание ACM смеси ACM снижает деградацию из-за затвердевания. Материалы ACM гораздо менее чувствительны к изменениям базового масла по сравнению с материалами NBR.

3 VMQ - чем больше набухание материала VMQ, тем больше деградация из-за реверсии

Материалы FKM очень мало чувствительны к колебаниям базового масла.

5. Этилен-акриловый - чем больше набухает этилен-акриловый материал, тем меньше деградация из-за затвердевания. Этилен-акриловые материалы намного более чувствительны к изменениям базового масла по сравнению с материалами ACM. Этилен-акриловые материалы демонстрируют гораздо большую деградацию из-за затвердевания при тех же условиях старения по сравнению с материалами ACM.

 

Влияние присадок.

Работа, описанная в предыдущем разделе, показала важность характеристик базового масла для длительного старения эластомера. Характеристики используемого базового масла - это только часть того беспокойства, которое производители РТИ должны учитывать в ожидании долговечных характеристик уплотнений. Поскольку в последние годы требования к высокоэффективным смазочным материалам резко возросли, производители масел разработали множество сложных присадок к маслам, которые в сочетании с базовым маслом обеспечивают необходимые критерии эффективности. Однако, как упомянуто выше, о характеристиках конечного смазочного продукта судят по износу металлических компонентов и редко когда какое-либо внимание уделяется влиянию конечного смазочного материала на эластомеры. Производитель смазочных материалов может разработать новый пакет присадок, который обеспечит чрезвычайно хорошую износостойкость металла и высокую экономию топлива в двигателе, но конкретный пакет присадок может значительно сократить срок сальников и прокладок в двигателе.

Таким образом, новый смазочный материал поможет производителю двигателя достичь целей по износу металла и экономии топлива, в то время как может возникнуть проблема ранней утечки масла, не ожидая этого, потому что масло было одобрено. 

Наиболее часто используемые присадки к маслам можно разделить на классы по функциям. Классификация присадок к смазочным маслам приведена в Таблице VII с типичными примерами типов присадок, используемых в каждой общей классификации. Читатель заметит, что в составе масла и эластомера есть общие химические типы, такие как аминные и фенольные антиоксиданты и диалкилдитиокарбаматы цинка, используемые в качестве противоизносных агентов в смазочных материалах и в качестве восстановителей уплотнений.

 

Bertram и систематическое изучение влияния присадок к маслам на соединения NBR, CR (полихлоропрен), VMQ и ACM. Основное внимание в их работе уделялось изучению воздействия присадок к смазочным материалам, которые оказывались эффективными за счет химического воздействия на смазку или на поверхность раздела между смазочным материалом и металлом. Они следовали функции предельного удлинения и времени старения в масле ASTM №1 с известными количествами различных добавок для измерения разрушения эластомера. Сильное разрушение эластомера проявлялось в быстрой потере удлинения. Результаты их исследования представлены в Таблице VIII. Изучение таблицы VIII показывает, что добавки, стабилизирующие одни эластомеры, вызывают разрушение других эластомеров. Например, ароматические амины и диамины, которые используются в качестве смазывающих антиоксидантов, стабилизируют NBR и CR, вызывая разложение ACM. Такие ароматические амины обычно используются в качестве антиоксидантов в ненасыщенных эластомерах, таких как NBR и CR, так что стабилизирующие эффекты понятны. Эти амины, являясь органическими основаниями, также могут действовать как агенты в системах ACM. Таким образом, важно изучить влияние конкретного пакета присадок к смазочным материалам на все типы эластомеров, используемых в данной области применения. Добавка, которая стабилизирует уплотнительные кольца INBR, может - вызвать быстрое разрушение поверхностей ACM.

Совсем недавно Nippon-Zeon провела исследование влияния различных добавок к маслу на стойкий эластомерg5, 6. В этом исследовании использовались эластомеры NBR, ACH, ECO (этиленоксид-коопихлоргидриновый каучук), FKM, CM и насыщенный нитриловый каучук (HSN).

 

В качестве среды для старения они использовали масло ASTM # 2 с известными уровнями различных присадок и пакетов присадок. Типы используемых добавок и используемые концентрации перечислены в таблице IX. Для сравнения эластомеров на рисунках 10-12 приведены результаты старения пакета присадок для смазки зубчатых передач, пакета присадок к автомобильному маслу и пакета присадок к трансмиссионной жидкости. Как видно из рисунка 10, пакет присадок к трансмиссионной смазке был довольно агрессивным по отношению к большинству эластомерных систем. Эластомеры ACM, FKM и HSN были бы единственными подходящими материалами для обеспечения стойкости к высоким температурам в конкретном пакете присадок к трансмиссионной смазке. На рисунках 11 и 12 показано, что пакеты присадок для автомобильного моторного масла и жидкости для автоматических трансмиссий гораздо менее агрессивны по отношению к эластомерам по сравнению с пакетом присадок для смазки коробки передач. Несколько эластомеров могут быть пригодны для длительного использования в пакете присадок к автомобильному моторному маслу и в автоматической коробке передач. пакет присадок. Эти результаты показывают, что тип применяемых присадок к смазочным материалам чрезвычайно важен для долговечности эластомерных уплотнительных элементов. Из-за эксплуатационных характеристик металла можно ожидать проблем с долговечностью уплотнения вала VMQ, что может привести к катастрофической утечке масла и отказу агрегата.

 

Nersasian подробно изучил влияние конкретных присадок к маслу на эластомеры FKM. В этом исследовании в качестве базового смазочного материала использовалась основа жидкости для автоматических трансмиссий, не содержащая присадок. К смазочной основе были добавлены различные присадки, и старение FKM проводилось при 163 ° C. Потери при удлинении рассматривались как показатель отвердения. Типичные результаты этого исследования приведены в Таблице X. Хотя FKM в целом обладают отличной химической стойкостью при высоких температурах, Таблица X показывает, что многие присадки к маслам могут агрессивно воздействовать на материалы FKM. В частности, металл. Дитио карбаматные противоизносные присадки демонстрируют способность к катастрофическому затвердению материалов FKM при высоких температурах.

Приведенные выше исследования демонстрируют, что тип присадок к смазочным материалам, применяемый в конкретной системе смазки, может оказывать сильное влияние на долговечность эластомерных уплотнительных систем. В связи с широким разнообразием смазочных материалов и специально рекламируемых присадок к смазочным материалам, доступным потребителю, постоянное беспокойство ощущается со стороны потребителей. производители эластомерных уплотнительных систем. В связи с увеличенными сроками гарантии на компоненты автомобильного и тяжелого оборудования, разнообразие смазочных материалов и присадок к смазочным материалам создает серьезную проблему для производителей эластомерных уплотнительных систем.

 

Влияние синтетических материалов

При повышении рабочих температур двигателей и других компонентов снижается пригодность смазочных материалов на минеральной основе. При длительной эксплуатации при более высоких температурах компонентов смазочные материалы на минеральной основе легко окисляются и образуют кислоты, которые могут химически разъедать металл и шлам, которые могут забивать движущиеся части. Более высокие рабочие температуры компонентов сделали синтетические смазочные материалы более практичными. Хотя синтетические смазочные материалы намного дороже, чем смазки на минеральной основе, синтетические смазочные материалы намного более стабильны при длительной эксплуатации при высоких температурах. Поэтому многие крупные поставщики смазочных материалов представили линейки синтетических смазочных материалов для удовлетворения потребностей при более высоких рабочих температурах. Кроме того, синтетические смазочные материалы обеспечивают гораздо меньшее увеличение вязкости при минусовых температурах, так что холодный запуск и холодная работа компонента улучшаются. С увеличением использования синтетических смазочных материалов важно учитывать влияние синтетических смазочных материалов на эластомерные уплотнительные элементы, чтобы можно было избежать проблем с преждевременной утечкой.

 

Ward изучил влияние двух основных типов синтетических смазок, поли (альфа-олефинов) и диэфиров, на несколько маслостойких эластомеров. Рассматриваемые типы эластомеров были NBR. ACM, VMQ. FQM и этилен-акрил. Исследования проводились при 121°C и 150°C. Типичные результаты приведены на рисунках 13-16. Результаты Ward'а показывают, что эластомеры NBR, ACM и этилен-акриловые чрезмерно набухают из-за диэфирных смазок. Такое набухание может создать проблемы с долговечностью эластомерных уплотнительных элементов либо из-за изменения размеров эластомерного элемента, либо из-за чрезмерного динамического износа эластомерного элемента, вызванного размягчением при набухании. При 150 ° C только материалы FKM и VMQ будут приемлемы для использования в диэфирных смазках. Материалы NBR не выдержат 150 ° C в течение длительного времени без чрезмерного затвердевания. Испытанные эластомерные материалы не показали чрезмерного набухания поли (альфа-олефиновых) синтетических смазок. Это указывает на то, что переход смазки с масла на минеральной основе на масло на основе поли (альфа-олефинов) не вызовет проблемы внезапного набухания уплотнения с тестируемыми эластомерами. Таким образом, можно было бы ожидать проблем с долговечностью уплотнения, если бы смазочный материал был заменен с масла на минеральной основе на масло на основе сложного диэфира в случаях, когда использовались уплотнения из NBR, ACM или этилен-акрилового эластомера. Это касается не только картеров двигателя, но и других компонентов, таких как коробки передач, трансмиссии и системы рулевого управления, где синтетические смазочные материалы становятся все более практичными.

 

Влияние масла, высоких температур и кислорода на сальники/прокладки.

Обычные испытания на погружение в соответствии с ASTM D471 часто используются для оценки совместимости эластомерных уплотнительных материалов со смазочными материалами. Однако существует фундаментальная разница между старением материала уплотнения, согласно ASTM D471 и взаимодействием эластомера и смазки вблизи вращающегося элемента уплотнения вала. Простые испытания погружением включают замачивание образца эластомера желаемой смазкой, в то время как смазка в основном остается неподвижной. Вблизи вращающейся кромки уплотнения вала, такой как заднее уплотнение коленчатого вала, эластомерная кромка контактирует с тонкой масляной пленкой на вращающемся валу, а также подвергается воздействию брызг масла. При высоких температурах двигателя, это движение масла может вызвать быстрое окисление масла. Окисление масла значительно изменяет химический состав масла и, как следствие, воздействие масла на эластомерный уплотнительный элемент. Таким образом, представляло интерес изучить влияние масел на эластомеры уплотнений двигателя с помощью простых испытаний на погружение, и испытаний на погружение, в которых добавляется быстрое окисление масла.

 

Для этого исследования были выбраны эластомерные материалы, наиболее часто используемые в уплотнениях вала двигателя: VMQ, FKM и этилен-акриловый. Были выбраны три моторных масла, отвечающих общим требованиям SAE 10W30 API SF / CC. Простые испытания погружением проводились с использованием методик ASTM D471. Чтобы ввести быстрое окисление масла как фактор при испытании иммерсией, фильтрованный сжатый воздух увлажняли, пропуская через газоочистительную емкость, содержащую дистиллированную воду, и этот увлажненный воздух вводили в масло со скоростью потока 30 +/- 0,3 мл / мин. Регулирование потока воздуха в масло осуществлялось с помощью регуляторов потока ультратонкого газа. Модификация теста на быстрое окисление аналогична описанной Warne и Vienna. В дополнение к обычным определениям свойств деформации при напряжении, методы набухания в растворителе использовались в качестве меры состояния отверждения сети до и после старения, как описано ранее в этой статье и в литературе.

 

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты этого исследования представлены в таблице XI и графически показаны на рисунках 17-19. На рисунках 17-19 увеличение v (2m) будет указывать на увеличение плотности сшивки полимерной основы, ведущее к большей твердости, более высокому модулю и меньшей гибкости. v (2m) будет указывать на уменьшение плотности сшивки, ведущее к более низкой твердости, более низкому модулю и большему динамическому износу. Следующие тенденции можно увидеть, изучив Таблицу XI и Рисунки 17-19:

 

Материал VMQ восстанавливается в горячем моторном масле, и восстановление ускоряется за счет аэрации / окисления масла.

 

Материал FKM затвердевает в горячем моторном масле, и затвердевание уменьшается за счет аэрации / окисления масла.

 

Этилен-акриловый материал затвердевает в горячем моторном масле и ускоряется за счет аэрации / окисления масла.

 

В случае реверсии VMQ эти тенденции наблюдались ранее. В цитируемой ссылке был сделан вывод, что реверсия VMQ в горячем моторном масле происходит из-за катализируемого кислотой разрыва цепи водяного пара основной цепи полимера VMQ. приводит к более быстрому образованию кислот в масле Более быстрое образование кислоты в масле из-за окисления привело бы к большему количеству кислотных катализаторов для процесса реверсии VMQ. Следовательно, реверсирование материала VMQ в горячем моторном масле будет ускоряться потоком масла и турбулентностью около кромки уплотнения вала.

 

В случае отвердения FKM окисление масла нейтрализует многие из сильно основных аминных антиоксидантов и диспергаторов, присутствующих в масле. Эти сильноосновные амины действуют как отвердители FKM, и чем быстрее эти амины нейтрализуются, тем меньше степень отверждения FKM. Таким образом, отверждение материала FKM в горячем моторном масле будет уменьшено за счет потока масла и турбулентности около кромки уплотнения вала.

В случае этилен-акрилового отвердения, усиленное окисление испытуемого масла привело к большему затвердению эластомера. Это контрастирует с ситуацией с материалом FKM. Прямое окисление основной цепи этилен-акрилового полимера маловероятно из-за того, что основная цепь полимера насыщена. Коммерческий этилен-акриловый полимер представляет собой тройной сополимер этиленметилакрилата и акриловой кислоты. Термомономер акриловой кислоты включен для обеспечения участков для реакций вулканизации. Окисление масла с образованием кислот вместе с водяным паром, присутствующим в испытании, может привести к гидролизу боковых сложноэфирных групп на этилен-акриловом основном полимере. Это обеспечит дополнительные участки отверждения, которые может реагировать с остаточными отвердителями или ионами металлов, присутствующими в составе масла. Вышеупомянутое исследование показывает, что материалы FKM будут лучшими материалами для уплотнений вала двигателя при работе на высоких скоростях и высоких температурах.

 

 

 

https://www.jstor.org/stable/44472826?Search=yes&resultItemClick=true&searchText=Robert+W.+Keller+CR+Industries&searchUri=%2Faction%2FdoBasicSearch%3FQuery%3DRobert%2BW.%2BKeller%2BCR%2BIndustries%26filter%3D&ab_segments=0%2FSYC-6061%2Ftest&refreqid=fastly-default%3A7fbc696d551960fa757aa4e66726ca44&seq=14#metadata_info_tab_contents

[Nickol 1 075]

torcon 

 

Будет ли список - "Мисс сухая прокладка"?

Не для лечения, а для профилактики.

Может быть не в чистом, а в смеси с основным, например с 0W-20..

Спасибо.

Изменено 3 апреля 2022 пользователем Nickol