李美华;杨维成;郝敏;乔拟春;吕靖;罗勇
【摘 要】研究了橡胶（NBR）、氟橡胶（FKM）及氢化橡胶（HNBR）等三种典型橡胶在不同比例甲醇汽油中的理化性能与机械性能变化，并与乙醇汽油体系的溶胀进行了对比研究。实验结果表明： NBR在不同甲醇比例的浸泡体系中，尺寸、质量及体积变化率均小于6％，且尺寸变化率最小，基本维持在3％以下；溶胀后NBR的机械性能下降显著。 FKM各项理化性能及机械性能在汽油中的变化均最小，在M30甲醇汽油体系中最大，且随着时间延长，其理化性能变化逐渐增大，而机械性能则无明显变化；在相同条件下， FKM的理化性能及机械性能变化均大于NBR与HNBR，而NBR与HNBR的变化趋势基本一致； NBR在甲醇汽油中的溶胀程度与其在乙醇汽油中基本相当。%Swelling performance of the physical and chemical properties and mechanical properties of change was investigated for three typical rubbers in different methanol gasoline and comparing with swelling of ethanol gasoline system .Results showed that the NBR in different concentrations of methanol , length and mass and volume change rate was less than 6%.And the length of the smallest rate of chan
ge was less than 3%.Mechanical properties obviously decreased after swelling.For FKM, physical and chemical properties and mechanical properties change in gasoline were minimal , and in M30 was the maximum.The change physical and chemical properties were increased over time which was gradually enlarged , and the change of mechanical properties not changed significantly with time.Under the same conditions , FKM changes were greater than the physical and chemical properties and mechanical properties of NBR and HNBR , the change of NBR was similar to HNBR.The swelling degree of NBR in methanol gasoline was similar to ethanol gasoline.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2014(000)012
【总页数】4页(P50-53)
【关键词】甲醇汽油;橡胶;溶胀性;理化性能;机械性能
【作 者】李美华;杨维成;郝敏;乔拟春;吕靖;罗勇
【作者单位】上海化工研究院，上海 200062;上海化工研究院，上海 200062;上海化工研究院，上海 200062;上海化工研究院，上海 200062;上海化工研究院，上海 200062;上海化工研究院，上海 200062
【正文语种】中 文
【中图分类】TE09
随着汽车工业的飞速发展，在世界范围内石油系燃料的供需矛盾日益突出，汽车发动机废气排放已经成为当今大气污染的主要来源。积极寻求和发展清洁车用替代燃料的新能源，对于节约石油资源，保障国家能源安全和环境保护都具有重要意义［1－2］。
甲醇汽油因具有含氧量高，辛烷值高，抗爆性好，燃烧清洁等特点，被认为是一种性能良好的车用替代燃料。同时，甲醇也是一种优良溶剂，甲醇汽油混合燃料会对汽车供油系统中的橡胶、塑料等产生一定的溶胀作用，使其硬度下降、质地软化、龟裂进而失效。这也是影响甲醇汽油推广应用的主要技术难题之一［3］。因此，开展甲醇汽油混合燃料的溶胀性研究是十分必要的。
目前，国内关于甲醇汽油对汽车橡胶溶胀的研究，主要集中在橡胶的质量和体积变化，其测试手段相对落后，均是采用手动游标卡尺为测试工具。由于橡胶的硬度较小，弹性较大(非耐油橡胶浸泡后尤为明显)，若采用一般游标卡尺测量橡胶片或O型圈的尺寸，其参数都不可避免地受到一定的弹性形变的干扰，同时，游标卡尺的测量精度较低，造成测量误差较大。有些文献则直接以误差较小的质量变化率替代测量误差较大的形变来表征其溶胀性能［4－6］。
本文选用IMI2D影像测量仪对浸泡前后的橡胶样片进行尺寸变化测试。该仪器采用非接触式测量方法，其X轴、Y轴的测量范围分别为:200 mm、100 mm;Z轴升降范围:160 mm，其测量精度可达1μm，显著提高了橡胶溶胀形变后尺寸变化的测试精度。
其次，国内在橡胶溶胀方面的研究主要集中于理化性能变化，缺乏对橡胶溶胀后的机械性能系统的评估分析［7－12］。
本文从燃油系统应用最广泛性以及经济性出发，选择典型的橡胶(NBR)、氟橡胶(FKM)及氢化橡胶(HNBR)等材料，在不同甲醇比例的浸泡体系中进行溶胀实验。对橡胶浸泡前后的尺寸、质量、体积等理化性能与机械性能变化进行对比测试，全面评估了三种典型
橡胶在不同甲醇汽油浸泡体系中的溶胀性能，并利用NBR材料，进行了甲醇汽油及乙醇汽油不同替代燃料体系的溶胀性对比研究。
1 实验方案
1.1 实验材料与仪器
1.1.1 实验材料
实验材料为橡胶(NBR－26)、氟橡胶(FKM－26)及氢化橡胶(HNBR－26):长方形25 cm×50 cm，上海依森橡塑制品有限公司。
1.1.2 实验仪器
1 000 mL内置挂钩式浸泡瓶，自制;微机控制电子万能试验机，深圳市新三思计量技术有限公司;IMI 2D影像测量仪，昆山市顺隆五金机电公司有限公司;HH－ZK600恒温水浴槽，上海卫凯仪器设备有限公司;自动密度天平(XS105)，梅特勒－托利多公司。
1.2 实验液
汽车改甲醇93#汽油(市售)、甲醇(分析纯)以及M15、M30、M50、M85甲醇汽油。其中M15～M85是以93#汽油与甲醇按质量比混合配制而成的甲醇汽油(M30代表含30%甲醇(质量比)的甲醇汽油)。
1.3 实验方法
甲醇汽油对橡胶的溶胀的理化性能评价实验参照GB/T 1690－2006的方法进行尺寸与质量等性能测试;橡胶溶胀前后的机械拉伸性能参照GB/T 528－1998的方法进行其机械性能测试。
每个实验点均选取4个试样，以试样相应参数的平均值为实验结果。试样悬浮置于1 000 mL棕广口瓶，密封保存，温度为(25±0.2)℃，浸泡周期168 h。通过测量橡胶浸泡前后的长度、质量、体积、机械拉伸强度的变化率来考察燃料体系对橡胶材料的溶胀性能。
2 实验结果与讨论
2.1 同一橡胶在不同甲醇比例的油品中的溶胀性能变化情况
2.1.1 理化性能考察
分别以93#汽油、M15、M30、M50、M85、M100为实验液，选取NBR橡胶材料作为实验对象，恒温(25±0.2)℃，密封浸泡168 h。考察NBR在不同甲醇配比的浸泡体系中溶胀的变化趋势，实验结果如图1所示。
由图1可知:在不同甲醇比例浸泡液中，NBR的尺寸、质量及体积变化率均小于6.0%。其中，尺寸变化率最小，其变化范围在1.2%～3.0%之间。随着甲醇浓度的增加，NBR的尺寸变化率随之有小幅减小;其质量与体积变化则是先增大后减小，在甲醇含量为50%达到最大，随后呈现急剧下降趋势。在纯甲醇体系中NBR尺寸变化最小。这是因为在纯甲醇体系中，由于甲醇表面张力较大，不易在橡胶表面润湿，尽管其自身具有极性基团，却无法进入到橡胶内部。而在汽油存在的甲醇汽油体系中，NBR在甲醇和汽油共同作用下，汽油分子首先对橡胶表面润湿，随后甲醇分子进入到橡胶内部，将橡胶助剂部分溶出，即表现为一个先膨胀后溶出的过程的溶胀过程。且当甲醇浓度高于汽油时，橡胶溶胀则表现为溶出大于溶剂吸入的状态。
图1 不同甲醇汽油对NBR的理化性能影响Fig.1 Effects of blend ratio ofmethanol gasoline on change rates of Physical properties of NBR
2.1.2 机械性能考察
在2.1.1实验条件下，对浸泡后的NBR进行拉伸强度与扯断伸长率的变化测试，实验结果如图2所示。
图2 不同甲醇汽油对NBR的机械性能影响Fig.2 Effects of blend ratio ofmethanol gasoline on change rates ofmechanical properties of NBR
由图2可见，NBR在甲醇含量为0～50%时，机械拉伸性能下降均较大，但随着甲醇浓度大于50%时，其拉伸强度及扯断伸长率改变逐渐减小。这是由于NBR内有极性较强的侧氰基，当它与甲醇溶剂、汽油共同作用后使碳黑从橡胶中析出，减少了碳黑的补强作用，使得橡胶分子变得易滑动，外力的作用很容易使橡胶弹性体发生较大形变，使得橡胶变脆变硬，拉伸强度与扯断力明显降低。但当甲醇浓度大于汽油时，又不易使补强剂溶出，致使其机械性能变化又逐渐减小。
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