氫化丁腈橡膠HNBR汽車配件應(yīng)用

1、氫化丁腈橡膠（HNBR）汽車配件應(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去除硫，將硫濃度降低到低于15ppm 外，還會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，現(xiàn)在用的最多是5% 混合物。脂肪酸甲酯的最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。最終的產(chǎn)品符合ASTM D6751 標(biāo)準(zhǔn)中列出的規(guī)格。B20（20% 生

2、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個小時，推薦是使用含氟聚合物。Magg 最近推薦在汽車部件中使用HNBR，在實際高端溫度為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道。另外，眾所周知，密封材料使用HNBR 代替FKM 還能降低成本。 最近美國汽油中共混加入乙醇的比例已

3、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?？巳R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)被測試并顯示最大膨脹到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

4、可以保持在5% 到15%。這種燃油稀釋劑在密封引擎油的同時可能會導(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傳輸流體性。加入了特殊的抗熱母料（HNBR HT） 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)，這需要有新的自動傳輸流體比如說Dexron 4 和AT94。

5、0;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 在專利上的研究課題。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 級分的時期（耐低溫，丙烯酸增韌，抗熱性技術(shù)等等），來滿足消費者對終端產(chǎn)品的需求。最近改進(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, 即為先進(jìn)技術(shù)（AT）HNBR。由于HNBR 隨熱油沉浸老化時間的延長能保持高封裝力，它也可以用于封裝和墊圈。最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)，

6、以及新一代汽車自動傳動液，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

7、60;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，最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 最高含量為43% 時，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

8、中70老化一個星期后硬度和應(yīng)力應(yīng)變值的改變。所有的復(fù)合物在燃料中都軟化了，改變最大的是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最大，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)出全面的抵抗力。對HNBRs 來說體積膨脹會

9、有小幅上升。很有趣的是FKM在極低硫品種中確實表現(xiàn)出很差的拉伸性能。 圖3、在70，ULSD中沉浸168 小時后性能變化圖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

10、（MEC）添加劑貌似會輕微增加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透性最好的是（ 按順序）A4307，A3907， 最后才是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。實際上，HNBRs 的抗?jié)B透

11、性還可以通過使用低粘度的等價物（ 比如ATA 4303，AT A3904 和AT LT2004）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)的影響試驗表明， 隨著生物添加劑濃度的增加，在老化過程中會軟化復(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

12、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，唯一的區(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也用來測試在替代燃料（Flex fuel）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表明

13、，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。觀察到最大損失（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。體積膨脹也顯示了最大值（達(dá)到60），只有在乙醇單獨使用時才變少, 體積膨脹為10。 在替代燃料中，同樣對丙烯腈含量更高的HNBR A4307 進(jìn)行測試，結(jié)果和預(yù)期的一樣，配方中丙烯腈濃度升高對老化后降低體積膨脹（達(dá)到10%）和提高普通性能的保持力（伸長率和拉伸強(qiáng)度）有著負(fù)面的作用。然而，最大體積膨脹達(dá)到55% 和相應(yīng)的伸長率和拉伸強(qiáng)度降低60%，對一種含有CE20 的替代燃料環(huán)境來說是不可以接受的。 隨著丙

14、烯腈含量的增加抵抗替代燃料的效果就增強(qiáng)， 更高ACN 含量的HNBR 才適用于替代燃料的答案。因此，生產(chǎn)除了一種50% ACN 的HNBR（ATA5004）， 擁有更低的不飽和度（<0.9%），更低的門尼粘度（100 度39MU）有利于加工。如果將ATA5004暴露在不同替代燃料濃度中，結(jié)果顯示，在CE20 里體積膨脹急劇降低了40%。 在正在測試濃度范圍里，其它性質(zhì)的保持力也明顯提高。一個完全浸透的50% ACN 的HNBR可能是封裝材料的后備選擇，考慮價格因素也是除了FKM外的另一選擇。 對含有GF4 和SF105 的燃油，在相同標(biāo)準(zhǔn)下，測試了一系列含有不同量AC

15、N（34、39 和43%） 的HNBRs。單純的引擎燃油表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而沉浸在EO85 中，軟化效果開始出現(xiàn)，并且伴隨著體積膨脹效應(yīng)的增加，大概增加20%。含量會影響HNBR 但是如前面所展示的一樣不會影響ACM 聚合物。 應(yīng)用于傳動零部件 表3 顯示的是建議的HNBR 配方，用于傳動零部件分別基于炭黑補強(qiáng)和二氧化硅補強(qiáng)。一種低溫HNBR LT 是這種應(yīng)用材料的選擇，由于它卓越的耐低溫和抗高溫性能（-40到160）的獨特結(jié)合。另外還因為硬度需求可以在70到90 范圍里波動的事實，推薦使用低粘度HNBR AT LT 級分，這樣有利于加工。在炭黑填充復(fù)合物中還有一種基于H

16、NBR 的抗熱性添加劑可以用來提高抗熱性和ATF。表3、應(yīng)用于傳動零部件的炭黑/ 二氧化硅 補強(qiáng)HNBR 化合物推薦配方 兩種復(fù)合物都處在低到中等70s 的硬度，門尼粘度在70s 到80s。按照Gehman T10 測試兩種材料也展示出一般高的拉伸強(qiáng)度和非常好的耐低溫性能。 圖7 和圖8 解釋了在150老化了6 個星期的情況下， 不同ATF 傳動液對兩種基于HNBR 復(fù)合物配方的硬度和機(jī)械性能的影響。此兩圖顯示：潤滑油Dexron 對HNBR 有著很強(qiáng)的副作用，導(dǎo)致復(fù)合物軟化并且拉伸和伸長性能大大下降， 以及超過20% 的體積膨脹。潤滑油Dexron 對兩種配方影

17、響更為溫和，老化后可以看出性能保持得比較好。Dexron 和MS9602 對HNBR 有著相同的影響。福特的AT94也類似于其它現(xiàn)在使用的ATFs ；但是為了最大地保持抵抗ATF 液的性質(zhì)，推薦一種二氧化硅填充的HNBR。二氧化硅填充的配方好過炭黑填充的配方，比如說可以更好地保持拉伸和伸長性能。 圖7、充填炭黑HNBR 在150，ATF 液中 沉浸1008 小時后性能變化 圖8、充填二氧化硅HNBR 在150，ATF 液中沉浸1008 小時后性能變化結(jié)論 在直接接觸生物柴油燃料（基于大豆或者芥花籽油的脂肪酸甲酯）的一些應(yīng)用中，推薦使用一種含量從適中到高的ACN HNBR（39% 到43%）， 里面含有低殘余量的不飽和度。在生物柴油中老化后仍然表現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能和低的體積膨脹。HNBRs 性能勝過測試的FKM 復(fù)合物，即使在丙烯腈含量比較高的情況下，仍然可以提供極高的拉伸強(qiáng)度和低溫柔軟性。 本文解釋了HNBR 是如何可以用于燃料/ 乙醇混合物體系的。當(dāng)直接接觸替代燃料時，一種含有50% ACN