车用二甲醚橡胶密封材料的相容性研究

摘要

车用燃料领域正面临日益严峻的能源安全和环境保护压力,因此寻找新的代用燃料就成了当务之急。二甲醚(DME)是一种非常适合柴油机使用的优质代用燃料,能够实现柴油机的高效低污染燃烧,并符合我国的能源资源特点,近年来日益受到人们的重视。但车用DME燃料与橡胶材料的相容性及其极差的润滑性是目前困扰二甲醚在汽车领域应用的难题,是二甲醚汽车推广前必须重点解决的问题。在国家自然基金(NO.50676053)的资助下,针对二甲醚发动机的弹性密封材料,深入展开了车用二甲醚与橡胶密封材料的相容性研究。(1)检测了四类常用胶种的橡胶密封材料耐DME介质的能力,综合对比体积变化率,质量变化率及物理机械性能,确定了车用二甲醚橡胶密封材料的种类。FEPM和HNBR胶体积膨胀率达191.5%和98.1%,不适合作为二甲醚的密封材料；EPDM和IIR的体积变化率和永久性质量变化率相差不大,分别为24.8%和-6.9%左右,但其物理机械性能比IIR更好,显示出良好的耐DME能力,可用作DME发动机的弹性密封圈材料。(2)利用正交设计方法,对EPDM橡胶进行了耐DME介质能力试验。选取橡胶生胶体系、增塑剂体系、补强填充体系为3因素,针对这3因素合理选择3水平进行了无交互作用的EPDM橡胶组分试验,以浸泡车用DME后的橡胶体积膨胀率、永久性质量变化率、硬度值、拉伸强度、撕裂强度为正交设计5类比较指标,优选出耐DME介质能力良好的橡胶组分。(3)对橡胶组分试验结果进行正交分析,不同组分的同种橡胶耐DME性能存在很大差异。橡胶生胶是决定橡胶耐车用DME性能的主导因素,A1生胶具有优异的物理机械性能,A2生胶体积溶胀率最小,A3生胶的永久性损失最小。本研究中采用的补强填充体系和增塑剂体系对橡胶耐DME性能没有明显影响。在本文试验结果基础上提出了车用二甲醚燃料对橡胶密封材料的技术要求。(4)对优选的EPDM橡胶进行了不同二甲醚杂质的耐受能力试验,考察了甲醇和水对车用二甲醚橡胶密封材料密封性能的影响。试验结果表明：EPDM在DME的主要杂质成分甲醇和水中的体积和质量变化率均很小,可以认为DME燃料的主要杂质成分对EPDM橡胶耐受DME性能的影响可忽略,不会对发动机密封件密封性能造成不良影响。(5)对优选的EPDM橡胶进行了耐受车用二甲醚燃料添加剂的性能试验,研究了车用二甲醚燃料添加剂的种类和含量对橡胶密封材料的密封性能的影响。添加剂的种类对EPDM密封性能影响有差异,且其体积变化率比浸泡在纯DME中的大；DME中添加剂比例越高,EPDM体积变化率越大；EPDM从含添加剂的车用DME取出,再在空气中暴露3天后,其质量不再发生变化。(6)对优选的EPDM橡胶进行了耐受柴油能力的试验,考察了目前技术经济条件下,二甲醚发动机高压油泵均匀性调试时必须面对的柴油对车用EPDM密封性能的影响。结果表明：调试时间不超过3小时的情况下,EPDM的体积变化率处于可接受的范围,物理机械性能几乎不受影响。本研究开发出一种新型的能适用于车用二甲醚燃料的橡胶密封材料,为二甲醚汽车的推广提供了条件。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 内燃机替代燃料

1.2 汽车橡胶制品

1.2.1 概述

1.2.2 橡胶材料的溶胀性能

1.2.3 各种燃料的橡胶密封材料

1.3 车用二甲醚燃料的橡胶密封材料

1.3.1 车用二甲醚燃料的特点

1.3.2 二甲醚密封材料可靠性问题

1.3.3 二甲醚与橡胶的相溶性

1.3.4 二甲醚添加剂对密封材料的影响

1.3.5 二甲醚发动机橡胶材料国内外研究现状

1.4 课题研究意义及主要内容

第二章 橡胶配方设计与耐溶剂性能及其测试方法

2.1 合成橡胶配方及正交设计方法

2.1.1 合成橡胶基本配方

2.1.2 橡胶组分正交设计

2.2 溶剂对橡胶溶胀性能的影响机理

2.2.1 合成橡胶弹性体分子结构

2.2.2 溶剂影响橡胶密封性的原因

2.2.3 相似相溶原理

2.2.4 相溶性表征指标—溶解度参数

2.3 橡胶材料主要性能测试原理及方法

2.3.1 体积变化测试

2.3.2 永久性质量变化测试

2.3.3 物理机械性能测试

2.4 本章小结

第三章 车用二甲醚橡胶密封材料胶种的试验选择

3.1 橡胶胶种筛选试验

3.1.1 体积变化结果及分析

3.1.2 质量变化结果及分析

3.1.3 物理机械性能结果及分析

3.2 EPDM 橡胶组分正交设计

3.3 EPDM 橡胶组分试验结果及分析

3.3.1 体积变化结果及分析

3.3.2 质量变化结果及分析

3.3.3 物理机械性能结果及分析

3.4 试验结果正交分析

3.5 车用二甲醚燃料对橡胶密封材料的技术要求

3.6 本章小结

第四章 车用二甲醚对 EPDM 橡胶影响的试验研究

4.1 甲醇和水的影响

4.2 添加剂对 EPDM 耐 DME 溶胀性能影响

4.3 柴油对 EPDM 耐 DME 性能的影响

4.3.1 体积及永久性质量变化结果及分析

4.3.2 物理机械性能结果及分析

4.4 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文