作者简介：马安良（1986-），男，硕士，工程师，技术部经理，主要从事环境影响评价工作，特别是公司重大环评项目编制与审核。
收稿日期：2019-05-17
耐油橡胶是指耐非极性油的橡胶，主要是极性橡胶，如橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、氢化橡胶等 [1]
。当橡胶制品与各种油液长期接触
时，一方面油液能渗透到橡胶中，使之体积膨胀；另一方面，油类介质可以从硫化胶中抽出可溶性的配合剂（如增塑剂等），导致硫化胶体积收缩，这是一个动态平衡过程[2] 。如果溶胀导致的体积变化大于收缩导
致的体积变化，则呈现为体积膨胀，反之则呈现为体
积收缩
[3]
。
橡胶密封件具有高度伸缩性与极好的弹性，应用非常广泛，是机电产品防止“三漏”（油、气、水）、保证安全运行、提高性能和效率的重要原件。经过近70年的发展，橡胶密封件无论是理论还是实际应用均取得了很大发展，密封件的结构和种类多种多样，密封材料的性能逐渐提高，密封件的发展基本上与主机技术的发展同步
[4~6]
。
1.1 原材料
NBR ，牌号3365、4975，台湾南帝化工有限公司；HNBR ，牌号4307，ARLANXEO ；CR ，牌号DCR -36，日本电气化学；ACM ，牌号AR860，日本瑞翁化工株式会社；FKM ，牌号2463，晨光科慕氟材料有限公司；炭黑，牌号N550，卡博特化工（天津）有限公司；氧化锌，牌号NC105，全球化学；其他助剂为市售橡胶工业常用原材料。 常用耐油橡胶性能及密封性研究
马安良
(江苏正德环保科技有限公司，江苏 南京 210014)
摘要：研究了常用耐油橡胶的硫化特性、力学性能、耐老化性能、耐油性能和密封性，包括橡胶（NBR ）、氢化橡胶（HNBR ）、丙烯酸酯橡胶（ACM ）、氯丁橡胶（CR ）和氟橡胶（FKM ）。结果表明，与HNBR 、ACM 、CR 和FKM 相比，NBR 具有流动性好、焦烧安全性好、硫化速度快等优良的工艺特性。综合来看，CR 和HNBR 的力学性能最好，NBR 次之，而 ACM 和FKM 力学性能最差；HNBR 、ACM 和FKM 耐老化性能最好，CR 次之，而NBR 的耐老化性能最差；耐油性能从好到坏的排列顺序为：FKM ＞NBR4975＞ACM ＞HNBR ＞NBR3365＞CR ；对于旋转轴唇型密封圈使用寿命，FKM ＞ACM ＞HNBR ＞NBR3365＞NBR4975＞CR 。 关键词：耐油橡胶；力学性能；耐油性能；密封性中图分类号：TQ330
文章编号：1009-797X(2019)23-0001-04
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2019.23.001
1.2 仪器与设备
开炼机，SK -160B 型，上海橡胶机械厂；平板硫化机，HS -50T -NTMO 型，华城模具机械厂；无转子硫化仪，UR -2010SD 型，优肯科技股份有限公司；硬度计，LX -A 型，上海自九量具有限公司；电子拉力机，UT -2080型，优肯科技股份有限公司；热老化试验箱，GT/7017-EM1型，台湾高铁检测仪器有限公司；密封圈旋转试验机，磐石油压工业有限公司。
1.3 试样制备
NBR 配方：NBR3365或4975，100；防老剂，3；活性剂，6；炭黑N550，50；促进剂，2.3；硫化剂，0.8。
HNBR 配方：HNBR4307，防老剂，3；活性剂，5.5；炭黑N550，50；硫化剂4.5。水下助推器
CR 配方：DCR36，100；防老剂，3；抗氧剂，2；活性氧化镁，4；炭黑N550，50；氧化锌，5；促进剂，1.2。
ACM 配方：AR840，100；防老剂，2；硬脂酸，1；炭黑N550，45；硫化剂，3.55。
FKM 配方：2463，100；氢氧化钙，6；活性氧化镁，3；喷雾炭黑，15；硫化剂，2.7。
将生胶加入开炼机，包辊后按顺序依次加入活性剂、补强填充剂、促进剂和硫化剂，左右割刀各3次，薄通5次后下片备用。混炼胶停放2 h 以上测试硫化
曲线，检测条件为170℃×20 min，然后硫化试片，试片硫化条件为170℃×(T90+1 min）。
密封性试验采用旋转轴唇型密封圈的TC结构作为实验对象，橡胶全包覆产品规格为Φ75×Φ100×12，金属骨架材料为冷轧碳钢薄板（SPCC），规格为Φ82×Φ98.4×10.1，厚度为1.2 mm；胶黏剂选择各种胶料与金属骨架黏结的相应型号，硫化条件为170℃×（T90+2 min）。
1.4 性能检测
硫化特性：按照GB/T 16584—1996进行测试。
硬度：邵尔A 型，按照GB/T 531.1—2008进行测试。
拉伸性能：按照GB/T 528—2009进行测试，采用Ⅰ型试样。
撕裂强度：按照GB/T 529—2008进行测试，采用直角形试样。
热空气老化性能：按照GB/T 3512—2014进行测试。
耐油性能：按照GB/T 1690—2010进行测试。
密封性：不同橡胶的耐油性、耐热性差异较大，其实际应用环境差异也很大，但为了方便对比，统一了实验条件及试验介质。所选用的转速是根据发动机的转速低速和高速情况，并选用了一组航空发动机高速旋转的运行情况作为实验条件（4#），试验油选用的是接近润滑油的IRM901，合计4组实验条件，即：1#（低温低速）：2 000 r/min×100℃×14 h→2 600 r/min ×125℃×6 h→0 r/min×室温×4 h，合计24 h为1个循环周期；
2#（高温低速）：2 000 r/min×125℃×14 h→2 600 r/min ×150℃×6 h→0 r/min×室温×4 h，合计24 h为1个循环周期；
3#（高温高速）：4 000 r/min×125℃×14 h→5 000 r/min ×150℃×6 h→0 r/min×室温×4 h，合计24 h为1个循环周期；
以上三组试验其它条件为：旋向：右旋；轴跳：0.15 mm，即孔安装偏心量0.15 mm；试验周期：240 h；每4 h进行一次记录。
4#（高温超高速）：9 500 r/min×80℃×40 min→ 6 600 r/min×80℃×30 min→6 600 r/min×130℃×100 min →9 200 r/min×130℃× 400 min→0 r/min×常温×120 min，合计12 h为1个循环周期；试验周期：120 h；每1 h 进行一次记录。2 结果与讨论
2.1 硫化特性
由表1可以看出，NBR3365、4975的T90较短，说明NBR硫化速度较快；HNBR、CR、ACM的T90较长，硫化速度较慢；而FKM的T90则过长，硫化速度过慢。而从T10来看，NBR3365、NBR4975又表现出了较好的焦烧安全性。
表1 硫化特性
项目
数值
NBR NBR
HNBR CR ACM FKM
33654975
T10/(m:s)0:570:590:520:480:534:27 T90/(m:s)3:094:077:036:527:1616:45 M L/(N·m)0.220.210.240.610.540.68
M H/(N·m) 1.46 1.29 2.38 3.02 1.85 2.36表1中由最小扭矩可以看出，NBR、HNBR的流动性较好，
而CR、ACM和FKM的流动性则较差。NBR和ACM的最大扭矩较小，而HNBR、CR和FKM的最大扭矩则较大。硫化曲线上所呈现出来的流动性及最大转矩是符合一般规律的，尤其是最大转矩，其反映的是胶料的扭转剪切模量，而在硬度差别不大时，HNBR、CR和FKM表现出更高的弹性模量。2.2 力学性能及耐老化性能
由表2可以看出，HNBR和CR具有最高的拉伸强度。NBR的拉伸强度和撕裂强度仅低于和CR，而优于ACM和FKM，且其拉断伸长率明显优于CR，这是由于NBR虽然不具备自补强性，但炭黑对其具备良好的补强性。ACM和FKM的拉伸强度很接近，但其撕裂强度和拉断伸长率明显高于后者，这是由于ACM拉伸强度主要源自炭黑粒子对其补强作用，而后者源自其自补强性，而炭黑粒子在提高ACM拉伸强度的同时，还可以缓冲掉破坏过程中应力集中导致破坏的能量，从而具备优于后者的撕裂强度和拉断伸长率[7]。FKM的撕裂强度较小，且热撕裂性能很差，在胶料成型过程中影响很大，是当下急需解决的问题。
表2 力学性能和老化性能
项目
数值
NBR NBR
HNBR CR ACM FKM
33654975
硬度/Shore A686973766870
拉伸强度/MPa19.120.328.526.911.311.9拉断伸长率/%451425293318376275撕裂强度/(kN.m-1)41.934.137.845.630.119.3老化（100℃×72 h）
硬度变化/Shore A+4+3+3+2+2+2
拉伸强度变化率/%-5.4-9.9+3.8-4.1+5.4+12.4拉断伸长率变化率/%-29.5-31.7-6.4-13.8-9.7-5.2由表2还可以看出，关于耐老化性能，NBR的硬
第45卷第23期
·2·
度变化和拉伸强度变化率虽然不大，但拉断伸长率却下降非常明显；CR耐老化性能较好，且老化后各项性能都变化不大；HNBR、ACM和FKM的拉断伸长率略有变化，但拉伸强度提高，这可能是由于试
样未经过二次硫化（为使各组胶料平行对比），导致橡胶在硫化过程中交联不充分，在100℃×72 h的老化过程中实质上是发生了进一步的交联反应。就整体而言，NBR老化后在性能变化率上表现出了一定劣势；由于测试温度过低，饱和橡胶在对高温的抗耐性方面未表现出显著优势，尤其是HNBR、ACM和FKM，他们的耐热优势应表现在150℃及以上。
2.3 耐油性能
表3中数据显示，CR在IRM901 和IRM903试验中，无论是硬度、体积还是质量的变化都较大，在IRM903中体积变化率更是高达60.4%，这是由于CR 的分子链侧基为氯元素，而氯相对于其他组材料侧基的极性明显较弱，从而出现耐油性相对较差的现象。FKM的硬度、体积和质量变化都很小，甚至趋于无变化，表现出了最好的耐油性能，一方面是由于FKM 侧基的极性很强，另一方面是FKM分子链每个结构单元侧基密度都远高于其他组橡胶材料，最终导致FKM优异的耐油性。ACM的耐油性能比NBR4975差，但是明显优于NBR3365，这与“ACM的常温下耐油性能相当于中高丙烯腈含量的NBR，耐热油性能接近于高丙烯腈含量NBR”的理论是相符的。HNBR的耐油性能介于NBR3365和4975之间，主要是由其丙烯腈含量决定的[8]。
表3 耐油性能
项目100℃×72 h
数值
NBR NBR
HNBR CR ACM FKM 33654975
IRM 901硬度变化/Shore A00+2-4+20体积变化率/%-0.3-1.7-1.6+5.1-1.7-0.6质量变化率/%-0.4-1.6-1.1+6.5-3.1+0.4
IRM 901硬度变化/Shore A-5-4-4-16-20体积变化率/%+9.6+0.7+4.7+60.4+2.9-0.6质量变化率/% +12.4+1.2+6.0+39.5+3.5-0.8
2.4 密封性
由表4可以看出，在1#条件下，一个试验周期后，CR密封圈出现轻微渗漏，其它密封圈未出现漏油。通过对试验后各组样件对比发现，CR样件在试验后内径轻微变大，但无明显磨损痕迹，其余5组样件与试验前相比几乎无变化。经过对试验唇口剖切后测量，发现其唇口已出现轻微胀大变形，虽然在使用过程中有弹簧对唇口与轴的配合进行束缚，但当唇口胀大后会出现轻微的褶皱，在轴旋转过程中，与轴的配合将会出现轻微间隙，从而导致试验油渗漏。
表4 各组试验的漏油时间
4g手机电子围栏
编号
NBR NBR
552h
HNBR CR ACM FKM 33654975
1#正常正常正常192正常正常
2#正常正常正常156正常正常
3#208184正常/正常正常
4#231939/78正常
注：由于氯丁橡胶旋转轴唇型密封圈密封效果较差，在3#和4#更苛刻的实验条件中没有继续测试。
2#试验的结果与1#试验接近，同样是CR密封圈在实验过程中出现了漏油，这与1#实验是同样的原因。在对试验后的样件进行检测时发现，相对于1#试验后的样件，2#试验后NBR3365、NBR4975和CR 样件的硬度增长较为明显，虽然理论上耐油橡胶材料在油性介质中耐热性能会提高，但老化依然明显，这可能是因为密封圈在实验过程中只有一侧浸入试验油中，而另一侧仍置于空气中，导致老化速度较快。
在3#试验中，NBR3365和4975均在试验结束前就出现了失效现象，而HNBR、ACM和FKM在试验结束时仍正常。在实验过程中发现，当轴高速运转时，唇口部位的温度已超过油温，最高时达166℃，而在该温度下，NBR老化速度将迅速加快，甚至已超过HNBR使用温度的上限。通过对试验后样件的测试，NBR3365和4975密封圈的唇口部位确实发生了明显的硬化老化，这也直接导致了密封圈漏油。试验后HNBR密封圈唇口的硬度也发生了硬化老化，但其程度轻微，胶体仍保持着良好的弹性。ACM和FKM 密封圈唇口部位胶体硬度在实验前后未发生明显变化，说明其未发生明显的老化。
在4#试验中，除FKM以外，其他样件均在试验过程中出现了失效现象，当然各组样件的试验寿命也不尽相同，ACM＞HNBR＞NBR3365＞NBR4975，整体的试验寿命与胶料的耐热性顺序基本是一致的。在实验过程中各组样件唇口部位的温度情况：FKM2463＞NBR4975、HNBR4307、ACM＞NBR3365；NBR4975的耐热性略好于NBR3365，与HNBR耐热程度相差较大，更远差于ACM，所以最先发生了失效；而NBR3365虽然耐热性较差，但由于自身生热较低，所以表现出略好于NBR4975的试验寿命。在本组试验中，FKM虽然是温升幅度最大的，却是唯一在整个试验中没有发生失效的，主要原因是FKM具有远好于其他橡胶的耐热性，基于此，对于高螺钉输送机
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速旋转轴唇型密封圈来说，氟橡胶具有无可比拟的优势。
mogii3 结论
（1）与HNBR 、ACM 、CR 和FKM 相比，NBR 具有流动性好、焦烧安全性好、硫化速度快等优良的工艺特性。
（2）综合来看，CR 和HNBR 的力学性能最好，NBR 次之，而 ACM 和FKM 力学性能最差；HNBR 、ACM 和FKM 耐老化性能最好，CR 次之，而NBR 的耐老化性能最差。
（3）耐油性能从好到坏的排列顺序为：FKM ＞NBR4975＞ACM ＞HNBR ＞NBR3365＞CR 。
（4）对于旋转轴唇型密封圈使用寿命，FKM ＞ACM ＞HNBR ＞NBR3365＞NBR4975＞CR 。
开关型霍尔传感器
参考文献：
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Study on properties and leakproofness of commonly
used oil resistant rubber
Ma Anliang
(Jiangsu Zhengde Environmental Protection Technology Co. LTD., Nanjing 210014, Jiangsu, China)Abstract: The vulcanization characteristics, mechanical properties, aging resistance, oil resistance and sealing properties of commonly used oil resistant rubbers were studied, including nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), acrylate rubber (ACM), neoprene (CR) and fluororubber (FKM). The results showed that compared with HNBR, ACM, CR and FKM, NBR has excellent process characteristics such as good fluidity, good scorch safety and fast vulcanization speed.On the whole, CR and HNBR have the best mechanical properties, followed by NBR, while ACM and FKM have the worst mechanical properties; HNBR, ACM and FKM have the best aging resistance, CR is the second, and NBR has the worst aging resistance; The order of oil resistance from good to bad is: FKM>NBR4975>ACM>HNBR>NBR3365>CR; the order of service life of rotary shaft lip seals is: FKM>ACM>HNBR>NBR3365>NBR4975>CR.
Key words: oil resistant rubber; mechanical properties; oil resistance; sealing
（
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