氫化丁腈橡膠（HNBR）汽車配件應(yīng)用 氫化丁腈橡膠（HNBR）的應(yīng)用

柴油機(jī)引擎技術(shù)以及柴油機(jī)燃油成分的改變，一直以來都促使著選用橡膠做出改變，這些橡膠是用于汽車燃料回路的密封圈和軟管。柴油加氫過程除了會(huì)去除硫，將硫濃度降低到低于15ppm外，還會(huì)除去氮和一些芳香環(huán)，這就導(dǎo)致了潤滑性的下降。在超低硫柴油（ULSD）中加入脂肪酸甲酯，在濃度小到2%的時(shí)候還可以保持燃料的潤滑性。在北美，生物柴油濃度可以從小到2%到20%范圍內(nèi)波動(dòng)，現(xiàn)在用的*多是5%混合物。脂肪酸甲酯的*初原料是改性過的植物油（大豆，油菜籽，芥花籽油等等），都是通過酯交換反應(yīng)得到的。*終的產(chǎn)品符合ASTMD6751標(biāo)準(zhǔn)中列出的規(guī)格。B20（20%生物柴油）的共混物可以使不完全燃燒碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉呐欧帕糠謩e減少30%和20%，同時(shí)還可以降低顆粒粉塵物的排放，降低幅度達(dá)到22%，還可以抑制二氧化硫的排放。使用了NBR、FVQ和FKM等彈性體來做生物柴油共混物材料的相容性測試，測試在低溫（51.7℃）下老化達(dá)到694個(gè)小時(shí)，推薦是使用含氟聚合物。Magg*近推薦在汽車部件中使用HNBR，在實(shí)際**溫度為80℃下聯(lián)合使用含有柴油機(jī)燃料的FAME，在生物柴油及應(yīng)用中推薦使用氫化丁腈橡膠（HNBR）代替FKM，這在其他地方已有報(bào)道。另外，眾所周知，密封材料使用HNBR代替FKM還能降低成本。 *近美國汽油**混加入乙醇的比例已經(jīng)達(dá)到10%。為了幫助降低煙霧排放量，在沒有對引擎進(jìn)行明顯改進(jìn)的情況下，共混加入10%的乙醇可以降低30%一氧化碳的排放量，還可以降低10%的二氧化碳，7%的有機(jī)碳（煙霧的原因）。另一方面，EO85汽車必須含有一種特殊的密封系統(tǒng)材料，這種材料可以阻止直接與燃料接觸，不論燃料是純汽油，還是其他所有比例的共混物，直到85%的乙醇，15%的汽油。克萊斯勒、福特和通用（GM）已經(jīng)銷售了近百萬輛可以燃燒EO85的汽車?？捎糜谥苯咏佑|燃料的FKM已經(jīng)被測試并顯示*大膨脹到12%到25%，這取決于沿主鏈氟的含量，這里混合燃料中含有25%的乙醇。進(jìn)氣歧管襯墊入口的燃料泄漏，回到引擎內(nèi)部和燃料箱可以保持在5%到15%。這種燃油稀釋劑在密封引擎油的同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致和墊片的不相容，特別是油盤和氣門室蓋墊。在E085汽車?yán)?，燃油中燃料和乙醇可以是各種濃度，總共達(dá)到15%。 用于自動(dòng)傳送系統(tǒng)的橡膠成分需要結(jié)合耐極低溫（-40℃）和抗高溫（150℃到170℃）的性能，以及需要兼具抗磨損性和抗自動(dòng)傳輸流體性。加入了特殊的抗熱母料（HNBRHT）的一種HNBR 復(fù)合物，在DEXRON3 中熱老化后，顯示出改善的物理性能的保持。Pazur等人提出使用基于共聚物的EVM代替乙烯-丙烯酸和聚丙烯酸酯類聚合物，用于傳輸系統(tǒng)，這需要有新的自動(dòng)傳輸流體比如說Dexron 4和AT94。 丙烯腈和丁烯共聚物 通過加氫反應(yīng)得到HNBR，是1970 年代中期Bayer AG在**上的研究課題。在1980年代初期商業(yè)化后，橡膠工業(yè)經(jīng)歷了開發(fā)不同HNBR級分的時(shí)期（耐低溫，丙烯酸增韌，抗熱性技術(shù)等等），來滿足消費(fèi)者對終端產(chǎn)品的需求。*近改進(jìn)成果是一種HNBR改善加工性能的HNBR，它是基于低粘度HNBR的設(shè)計(jì),即為**技術(shù)（AT）HNBR。由于HNBR隨熱油沉浸老化時(shí)間的延長能保持高封裝力，它也可以用于封裝和墊圈。*近的研究徹底覆蓋了HNBR在油孔閥和軟管工業(yè)中的應(yīng)用。這篇文章將探討HNBR如何可以應(yīng)用于替代燃料（燃料+乙醇）汽車。列出了生物柴油應(yīng)用的一些數(shù)據(jù)，以及新一代汽車自動(dòng)傳動(dòng)液，比如說AT94 和Dexron 4還將解釋低粘度的HNBR用于汽車密封件/ 墊圈應(yīng)用。 結(jié)果與討論 ◆ 生物柴油的應(yīng)用 利用生物柴油對高填充的過氧化物硫化的HNBR配方進(jìn)行篩選研究，見表1。更高極性的HNBR，比如含有43%和39%聚丙烯酸含量的聚合物，更能夠阻止燃料的膨脹效應(yīng)。然而，HNBR 與含有39%ACN的HNBR等量共混，再加上低溫HNBR可以用來研究膨脹效應(yīng)，滲透和低溫效應(yīng)。為了對比，在這項(xiàng)研究中也包括了一種基于雙酚固化的66%的含氟彈性體FKM的混合物。 表1、應(yīng)對生物柴油與替代燃料的過氧化物硫化HNBR 配方 按照ASTM測試標(biāo)準(zhǔn)，測試了HNBR 和FKM材料共混物的復(fù)合性質(zhì)。對所有復(fù)合物來說硬度都是65左右（表2），而與FKM材料在相同硬度和拉伸特性條件下，HNBR 復(fù)合物顯示出超高的拉伸強(qiáng)度。 表2、HNBR與FKM化合物的硬度與物理性能 4 種復(fù)合物的低溫特性列于圖1 中。與預(yù)期的一樣，*好的低溫性能材料是A3907/LT共混物，TR10的值為-30，脆性溫度為-50℃。然而ACN 的含量越高，HNBRS 在低溫下的鏈柔性就越差?？梢杂^察到ACN*高含量為43%時(shí)，與FKM 復(fù)合物相比，有5℃到10℃的好的低溫特性。 圖1、低溫屬性圖2總結(jié)了在普通柴油機(jī)燃料中70℃老化一個(gè)星期后硬度和應(yīng)力應(yīng)變值的改變。所有的復(fù)合物在燃料中都軟化了，改變*大的是A3907/LT共混物。在柴油機(jī)燃料中FKM復(fù)合物容易喪失拉伸性能。A3907/LT 共混物在燃油沉浸中體積改變*大，然而A4307，A3907和FKM復(fù)合物體積膨脹都在10%以內(nèi)。A4307和A3907兩個(gè)混合物在柴油機(jī)燃料老化過程中所有的應(yīng)力應(yīng)變特性都表現(xiàn)出很少的改變。 圖2、在70℃，燃油沉浸168 小時(shí)后性能變化情況改變柴油機(jī)燃料類型比如改為極低硫品種對復(fù)合物基本沒有什么影響（圖3）。A4307和A3907兩種復(fù)合物又對極低硫品種表現(xiàn)出**的抵抗力。對HNBRs來說體積膨脹會(huì)有小幅上升。很有趣的是FKM在極低硫品種中確實(shí)表現(xiàn)出很差的拉伸性能。 圖3、在70℃，ULSD中沉浸168 小時(shí)后性能變化圖4顯示的是在4 種復(fù)合物在B10 生物柴油中老化的影響。B10生物柴油使用的是與大豆油脂肪酸甲酯的共混。A4307 和A3907材料在這些燃料混合物中表現(xiàn)出很好的性能。在有B10的情況下FKM復(fù)合物在保持其他特性的情況下，瞬間呈現(xiàn)出很高的拉伸率。 圖4、在70℃，B10（大豆油脂肪酸甲酯） 中沉浸168 小時(shí)后性能變化在圖5中，改變生物柴油FAME添加劑的類型，比如從大豆油到芥花籽油基本上對這4種復(fù)合物沒有影響。芥花籽油脂肪酸甲酯（MEC）添加劑貌似會(huì)輕微增加HNBRs的體積膨脹，但是對其他物理性質(zhì)沒有影響。在B10共混物中FKM仍然表現(xiàn)出反常高的伸長率。 圖5、在70℃，B10（芥花籽油脂肪酸甲酯） 中沉浸168 小時(shí)后性能變化4種復(fù)合物的抗?jié)B透性可以用累積的質(zhì)量損失對時(shí)間的函數(shù)來表示，基于大豆油和基于芥花籽油的B10共混物。和預(yù)期中的一樣，在HNBRs中抗?jié)B透性*好的是（ 按順序）A4307，A3907， *后才是A3907/LT 共混物，這與丙烯腈的濃度直接相關(guān)。HNBRs的高增韌水平會(huì)導(dǎo)致更好的抗?jié)B透性，在與生物柴油直接接觸中這可以達(dá)到并超過FKM。實(shí)際上，HNBRs的抗?jié)B透性還可以通過使用低粘度的等價(jià)物（ 比如ATA 4303，ATA3904 和ATLT2004）和在不犧牲復(fù)合物加工性能的前提下加入炭黑填料來提高。 對大豆油脂肪酸甲酯添加劑濃度分別對A 4 3 0 7和A3907HNBRS的硬度和物理性質(zhì)的影響試驗(yàn)表明，隨著生物添加劑濃度的增加，在老化過程中會(huì)軟化復(fù)合物， 對A4307來說伴隨著可以接受的小的伸長率的損失。體積膨脹仍然固定在6%和8%。另外一方面，對于A3907，隨著大豆油脂肪酸甲酯添加劑的增加，硬度，物理性質(zhì)和體積改變等仍然保持固定。體積膨脹仍然大約在10%。 圖6 對比了不同的生物柴油添加劑（ 大豆油還是芥花籽油） 對B100 和HNBR（A4307和A3907）的影響。對于B100類型的應(yīng)用來說，A4307 和A3907復(fù)合物表現(xiàn)出相同的行為，至于硬度和物理性質(zhì)都保持不變，**的區(qū)別就是A3907 有4%的體積膨脹增長。100% 濃度對HNBR的影響在MES 和MEC 之間沒有什么區(qū)別。 圖6、在70℃，B100 中沉浸168 小時(shí)后性能變化◆替代燃料的應(yīng)用 表1 所描述的關(guān)于生物柴油的基本配方同時(shí)也用來測試在替代燃料（Flexfuel）類型中對HNBR的影響效果。對在40℃下老化一周后，燃料C/乙醇的混合比例對A3907的硬度、物理性質(zhì)和體積膨脹的影響試驗(yàn)表明，替代燃料對A3907有顯著的影響。燃料C和乙醇都使化合物軟化、延展和拉伸強(qiáng)度都相應(yīng)地降低。觀察到*大損失（延展和拉伸強(qiáng)度改變達(dá)到60％）發(fā)生在乙醇比例為20％和40％時(shí)。體積膨脹也顯示了*大值（達(dá)到60％），只有在乙醇單獨(dú)使用時(shí)才變少,體積膨脹為10％。 在替代燃料中，同樣對丙烯腈含量更高的H