阮少军，费逸伟，吴楠，彭显才，刘鸿铭

(空军勤务学院航空油料物资系，江苏 徐州 221000)

油品与密封材料相容性分析

阮少军，费逸伟，吴楠，彭显才，刘鸿铭

(空军勤务学院航空油料物资系，江苏 徐州 221000)

油品与密封材料相容性的好坏对于阻止油品泄露、防止灰尘、水分进入、维持和转换能量有重要作用。为了分析不同油品与常用密封材料间的相容性问题，文章首先对合成橡胶、合成树脂、金属密封材料、非金属密封材料及密封剂等密封材料的特性、适用范围、使用温度等进行了分析。在此基础上，着重分析了润滑油、喷气燃料及液压油与常用密封材料间的相容性情况，结果表明：对润滑油而言，硅橡胶的相容性最好，三元乙丙橡胶的相容性最差；对喷气燃料而言，丁腈橡胶、氟橡胶及氟硅橡胶均具有良好的相容性；对液压油而言，氟橡胶、聚四氟乙烯、尼龙、苯乙烯塑料具有良好的相容性。

密封材料；相容性；合成橡胶

0 引言

密封材料常被用来封堵结合面间隙并阻止通道泄露，其作用是防止外界灰尘、水分等杂质的侵入以及工作介质的泄露。为了保证密封材料的密封性能，需要其具有极高的相容性、良好的随动性、较高的致密性和高强度等要求，不过尚未有一种材料能够完全满足所有条件，在实际使用中仍要根据使用条件、材料特性和细节需求来具体选择适合的密封材料。

相容性实际是指所用油品对密封材料没有侵蚀性且密封材料不会造成油品污染，对于机械设备而言，油品与密封材料相容性差不仅会导致涂料溶解、橡胶膨胀，甚至能加速油品的变质。因此本文在充分介绍各类密封材料的基础上，着重以喷气燃料、润滑油及液压油为例，对不同密封材料的相容性进行分析，为密封材料与油料间的选择搭配提供相应的理论支撑。

1 密封材料

密封材料的种类繁多，王亚萍等[1]将其分为合成橡胶、合成树脂、金属密封材料、非金属密封材料及密封剂。不同的密封材料不仅应用范围与条件各有差别，而且作用不一，例如橡胶、聚四氟乙烯等制做的垫片主要起堵塞密封、防止泄露的作用；而轴承合金、碳素材料则因其极好的耐热性常用于摩擦副材料。

合成橡胶作为应用最为广泛的密封材料，种类繁多且性能各异，常作为垫片、软填料、油封等主体材料，其具体的特点及用途见表1[1]。

表1 合成橡胶的类型、特点和用途

合成树脂的密度小、耐油性好、抗腐蚀、耐冲击、具有很好的塑性，常用的有聚四氟乙烯、聚酰胺、聚甲醛等，详见表2[1]。由于合成树脂随着温度变化其柔性、弹性变化很大，所以在实际使用中要想获得比较满意的密封效果，就必须根据工作条件正确地选择合适的密封材料。

表2 常用合成树脂的特性及用途

金属类密封材料主要包括铸铁、铜、青铜和硬质合金等，其中铸铁以高耐磨性、高强度、极佳的抗氧化性及减震性能常用做摩擦副材料，工作条件为油性和中性介质；钢一般可分为45钢、铬钢及铬镍钢等，45钢的耐磨性和力学性能较好，适用中性介质，铬钢的硬度高，适用于弱腐蚀性介质，而铬镍钢的耐腐蚀性强，但耐磨性及硬度低，故适用于强腐蚀性介质；铜材料的导热性好、耐磨、易加工，可用于工作环境为油、水等介质的密封垫圈；硬质合金的硬度极高，强度极大，耐腐蚀性及抗颗粒冲刷性都很好，但其不耐盐酸及硝酸，可应用在所有的油、水和气等介质。

其他非金属密封材料主要有皮革、纸、石棉、毛毡、陶瓷及石墨等[1]。皮革作为一种纤维类材料，具有很好的柔性和较高的抗拉强度，其多孔性的结构能够吸收油液而产生自润滑效果，摩擦因数及启动摩擦小，不过自然条件下的皮革作为密封材料很容易发生泄漏，所以常需对其进行浸渍处理，用填充剂填满皮革的纤维孔隙，皮革密封适用于那些制造精度低，表面粗糙度高的滑动表面，不过因其取材难，成本高，现在的使用大大缩减了，只是在一些特殊场合使用；密封纸板主要用在制作垫片和衬垫上，可分为衬垫纸板和软钢纸板二类，衬垫纸板又可分为浸渍与未浸渍，浸渍衬垫板的吸水性小，弹性好，在与水接触的汽柴油机中用做密封垫片，未浸渍衬垫板的吸水性大，主要用于制作法兰和其他平面连接处的密封垫片，而软钢纸板强度高，常用在拖拉机发动机上作为密封垫片；石棉可分为蛇纹石棉及角闪石石棉，其具有高的耐热性，纺纱性及高油水吸附力，广泛用于制作石棉橡胶板、耐油石棉橡胶板及衬垫石棉板；毛毡按照制得零件可分为油封毛毡、衬垫毛毡及过滤毛毡，常用于液压、气动、真空等机械密封材料；陶瓷可分为氧化物、氮化物及硼化物陶瓷，因其强度高，耐腐蚀性好，常被用于制作摩擦副硬环；石墨分为硬石墨及石墨纤维二种形态，其摩擦因数小，自润滑性能好，导电性好、耐热性及耐温度变化能力高，当环境温度超过400 ℃才开始氧化，并且石墨是很好的化学惰性材料，有很好的可加工性，常被用在摩擦副材料中。

密封剂分为干性和湿性，使用温度在-100～260 ℃[1]，对于结合面加工精度不好的材料，使用密封剂能够有效防止漏油。

2 油品与密封材料的相容性

密封材料常被用来防止流体泄漏、稳定压力、维持或转换能量，在机械发动机等以油品为介质的使用环境中，密封材料是否具有良好的相容性将会直接影响机械设备性能的发挥。下面分别以润滑油、喷气燃料及液压油为例，对不同密封材料的相容性加以分析。

2.1润滑油

润滑油与密封材料不相容一方面会造成金属腐蚀、橡胶过分膨胀、加速油品变质等问题，另一方面因橡胶密封材料体积溶胀或收缩也会导致油品的泄漏。针对漏油情况，特就润滑油与橡胶密封材料的相容性做以分析，常使用的橡胶密封材料分为丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶，在温度120 ℃，接触时间为70 h的条件下，润滑油和橡胶密封材料接触后，橡胶密封材料的体积膨胀率不能超过5%，邵氏硬度变化不能超过±5IRHD。华平等[2]详细考察了石蜡基油、环烷基油、甲基硅油、甲苯基硅油、聚α-烯烃、季戊四醇酯及新戊二醇酯与不同橡胶密封材料的相容性情况，结果见表3[2]。

表3 各类润滑油样在不同橡胶密封材料中的体积膨胀率及硬度 %

为了便于分析表2中不同油品与橡胶材料的相容性，图1和图2分别表示各类密封材料在不同润滑油品中的体积溶胀及邵氏硬度的变化情况，其中油品编号1～7分别代表石蜡基油、环烷基油、甲基硅油、甲苯基硅油、聚α-烯烃、季戊四醇酯及新戊二醇酯。

按照规定，一方面橡胶密封材料的体积膨胀率不能超过5%。从图1 中不难看出，1号油品(石蜡基油)与丁腈胶、氟橡胶及硅橡胶的体积膨胀率均符合要求；2号油品(环烷基油)中丁腈胶和氟橡胶的体积膨胀率满足需要；3号油品(甲基硅油)中三元乙丙胶、丁腈胶和氟橡胶亦满足条件；4号油品(甲苯基硅油)中五种橡胶密封材料的体积膨胀率均与规定符合；5号油品(聚α-烯烃)除了三元乙丙胶不符合条件外，其他橡胶均符合规定；6号油品(季戊四醇酯)除了丁苯胶外其他橡胶均符合要求；7号油品(新戊二醇酯)和6号油品的情况类似。

图1 各类密封材料在不同润滑油品中的体积溶胀

另一方面，也要求邵氏硬度变化不能超过±5IRHD。从图2不难发现，1号油品(石蜡基油)满足要求的有丁腈胶、氟橡胶及硅橡胶；2号油品(环烷基油)五种密封橡胶材料均不能达到要求；3号油品(甲基硅油)与2号油品的情况类似；4号油品(甲苯基硅油)中氟橡胶和硅橡胶的硬度需要与规定符合；5号油品(聚α-烯烃)中丁腈胶、丁苯胶和硅橡胶可以满足需要；6号油品(季戊四醇酯)中五种橡胶材料均能达到要求；7号油品(新戊二醇酯)除了丁苯胶不符合要求外，其他橡胶都能符合要求。

图2 各类密封橡胶材料在不同润滑油品中的邵氏硬度

综合两方面的因素，即橡胶密封材料的体积膨胀率不能超过5%，邵氏硬度变化不能超过±5IRHD，可以得出硅橡胶的相容性最好，三元乙丙胶的相容性最差，从专用性的角度来看，聚α-烯烃和丁苯胶的相容性最好，季戊四醇酯与丁腈胶的相容性最好。

2.2喷气燃料

喷气燃料的重要使用性能之一便是橡胶的相容性，在研究某型发动机燃油系统的使用情况时，邢彬等[3-4]重点考察了丁腈橡胶(5080-2)、氟硅橡胶(FS4270)、氟硅橡胶(FS6265)、氟橡胶(FX-4)及氟橡胶(FX-16)在浸油后的扯断伸长率、体积质量变化及压缩变形情况，具体的试验结果见表4[3]。

表4 喷气燃料中各类合成橡胶的拉断伸长率、体积质量变化及压缩变形 %

表4中RP-3和RP-5分别代表同批胶料浸喷气燃料和高闪点喷气燃料，分析其相关检测项目的试验结果可知，丁腈橡胶(5080-2)的拉断伸长率均符合要求，说明其作为密封材料在喷气燃料的介质环境中弹性较好；氟橡胶(FX-4)及氟橡胶(FX-16)的试验结果相近，表明其受压后回弹性相当；氟硅橡胶(FS4270)及氟硅橡胶(FS6265)相比较而言，氟硅橡胶(FS4270)对于3号喷气燃料(RP-3)的适应性较好，而氟硅橡胶(FS6265)对于RP-3及RP-5的相容性接近。从中不难发现，在喷气燃料的使用环境中，上述五种合成橡胶均具有良好的相容性。

2.3液压油

液压系统中使用的密封材料大多是高分子弹性体，极特殊条件下也会使用金属及塑料元件。由于液压系统中使用了叶片泵，造成其工作时压力大，磨损严重，所以油品中添加了抗磨剂，同时为了保证油品的使用效果，也加入了极压抗磨剂，这样一来，密封材料很容易与液压油中含有的某些化学元素反应，油品中各类化学元素的含量不同，对密封材料性质的影响亦有所区别，黄兴等依据上述物质与密封元件间相似相溶的原理，对常用密封材料的相容性进行了分类对比，详见表5[5]。

表5 各类液压油和常用密封材料的相容性

在液压系统中，除了液压油与密封材料的相容性会影响密封效果外，吕兆岐等还发现诸如液压油的黏度等物理性质也会对密封效果造成影响[6]，因此根据不同的使用条件，合理的选择密封材料并做到正确的维护就显得尤为重要。

3 结束语

机械正常运转时，油品在与密封材料接触面上的流动是双向进行的，一边从大气侧流向油品侧，另一方面又从油品侧流向大气侧，而且在其运动过程中密封元件与其接触配合面之间会形成一层润滑膜，依靠润滑膜的存在来达到防止磨损、密封及避免泄漏的目的。影响润滑膜的因素有很多，机械设备的运转速度、压力均会对其造成影响，因此在密封材料的选用上，在满足基本需求的条件下，为了达到更好的密封效果，应该选择那些摩擦系数小、自润滑性能较好的密封材料。

油品与密封材料相容性的好坏对于防止液体的泄露、维持压力的恒定及能量的转移至关重要。在具体的生产实践中，要依据所用油品的理化性能及工作环境对不同密封材料进行合理地选用。只有从各个细小环节上严格把关，才能保证机械设备正常、可靠、安全的运转。

[1] 王亚萍,韩桂华,焦卫兵.液压泄漏防治技术[M].北京：机械工业出版社，2012:31-49.

[2] 华平,凌付军,朱忠华.橡胶与润滑油的相容性考察[J].合成润滑材料,2011,38(1):7-9.

[3] 邢彬,史艳梅,崔琳.航空发动机用橡胶混炼与高闪点喷气燃料相容性研究[J].橡塑技术与装备,2013,39:15-16

[4] 师昌绪，刘伯操.航空材料手册[M].北京:中国标准出版社,2002.

[5] 黄兴,蔡琦.液压油对密封件性能的影响[J].液压气动与密封,2004(5):14-16.

[6] 吕兆岐,谢全.润滑油品研究与应用指南[M].北京:中国石化出版社,1997.

Analysis of Compatibility of Oil and Sealing Materials

RUAN Shao-jun, FEI Yi-wei, WU Nan, PENG Xian-cai, LIU Hong-ming

(Department of Aviation Oil and Material, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

The compatibility of oil and sealing materials has an important impact on preventing oil leakage, preventing dust and water from entering, maintaining and transferring energy. In order to analyze the compatibility between different oils and common sealing materials, in this paper, the characteristics, range of application，and temperature of synthetic rubber, synthetic resin, metal sealing materials, nonmetallic sealing materials and sealant are analyzed. On this basis, the compatibility of lubricating oil, jet fuel and hydraulic oil with common sealing materials is analyzed emphatically. The conclusions are as follows: the compatibility of silicone rubber is the best for lubricating oil, and the compatibility of ethylene propylene terpolymer rubber is the worst; in the case of jet fuel, acrylonitrile-butadiene rubber, fluorine rubber and fluorocarbon silicone rubber have good compatibility; for hydraulic oil, fluorine rubber, polytetrafluoroethylene, nylon, styrene plastic have good compatibility.

sealing materials; compatibility; synthetic rubber

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.005

1002-3119(2017)05-0023-05

TE626.3

A

2017-04-28。

阮少军,空军勤务学院航空油料物资系在读硕士研究生,主要研究方向：航空油料应用技术。E-mail：1104510331@qq.com