燃烧环境技术中心学生交流会 车用二甲醚橡胶密封材料相容性研究 杨眉敏 2009.12.23 上海交通大学 动力机械教育部重点实验室

报告主要内容 一、引言 二、橡胶胶种的确定 三、合成橡胶EPDM耐DME性能的试验研究 四、试验结论

图2 柴油机常用与优选密封圈台架使用效果比较 密封性研究意义 a）使用10小时后丁腈橡胶-B 密封圈 b）使用100小时后的三元乙丙 橡胶-B密封圈 图1 硅橡胶浸泡DME前后外观对比 图2 柴油机常用与优选密封圈台架使用效果比较 二甲醚是一种强溶剂，能溶解多种橡胶材料。 燃料供给系统的橡胶部件、各种橡胶油封和垫片很可能因溶涨损坏， 威胁发动机的安全运行。 橡胶是高分子混合物，即使是同类型的橡胶，组分不同，其耐DME介质 的研究结论也不同，目前对橡胶材料耐受DME的性能研究远没有统一结论。

胶种初选择 浸泡72h后取出，晾干1h后，再测试其质量 和体积变化率。 硅橡胶初膨胀率过大，不宜作为发动机的 密封材料。 耐DME介质 能力 DME造成的 永久性影响 橡胶胶种 丁腈橡胶-A 较差 大 丁腈橡胶-B 氟橡胶-A 差 小 氟橡胶-B 氟橡胶-C 硅橡胶 尼龙PT 良 塑料PVC 三元乙丙-A 勉强 三元乙丙-B 优良 中等 三元乙丙-C 浸泡72h后取出，晾干1h后，再测试其质量 和体积变化率。 硅橡胶初膨胀率过大，不宜作为发动机的 密封材料。 硬质尼龙弹性差，不适合作O型密封圈，可 作密封垫圈。 塑料PVC在DME中完全融解，绝对不能用于 与DME接触的油路。 氢化丁腈橡胶HNBR 三元乙丙橡胶EPDM 表1 11种密封材料对DME的耐受能力评估

胶种初选择 氟橡胶具有很高的热稳定性和最高的耐介质能力，一般用在发动机密封最 苛刻的位置，可用作气缸套密封圈。 丁基橡胶气密性好，耐热，耐老化性好，一般用在汽车轮的内胎。日本 高压协会Kinro Hashimoto等人认为IIR具有良好的耐DME性能。 四丙氟橡胶FEPM 丁基橡胶IIR

试验方法-体积质量变化率 （溶胀性能） 浸泡在DME中72h后，取出试样，70s内用电子 天平测取溶胀试样的浮力值，计算得体积变化率。 《GB9865硫化橡胶样品和试样制备》 图3 拉伸、撕裂和方块(25*25mm)试片 （溶胀性能） 浸泡在DME中72h后，取出试样，70s内用电子 天平测取溶胀试样的浮力值，计算得体积变化率。 （永久性影响） 浸泡后试样于空气中暴露3天后质量变化率 图4 电子天平测取溶胀试样的浮力值

试验方法-力学性能 试样测试的时间间隔均不超过70s （拉伸和撕裂强度） 在Instron Series IX4465型电子拉力试验机上按照GB528-1998测取试样 的拉伸强度，拉断伸长率，按照GB531-1999测试试样的撕裂强度。 （硬度值） 在LX-A型橡胶硬度仪按照CB531-1983测取试样邵氏A型硬度。 试样测试的时间间隔均不超过70s

橡胶胶种试验选取-体积变化率对比 a) FEPM浸泡72h前后外观对比 b) EPDM浸泡72h前后外观对比 耐油橡胶FEPM体积变化最为明显，体积膨胀了约为200%；EPDM和IIR的体积变化程度相近，膨胀率大概为25%。 空气中暴露3天后，EPDM的质量减少最小，为6.9%。

橡胶胶种试验选取-力学性能值对比 硬度值 撕裂强度值 拉伸强度值 FEPM，HNBR浸泡前后拉伸和撕裂值变化显著，浸泡后两值偏小。IIR和EPDM浸泡前后拉伸和撕裂值变化率相近。 浸泡后EPDM拉伸和撕裂值最大，分别为15.78MPa和35.88KN/m。

结论1： FEPM,HNBR不适合用作发动机的密封材料。 EPDM比IIR表现出更好的耐DME性能。 EPDM的组分与添加剂均对其耐受DME性能有影响，需进一步验证。 结论1：

橡胶的基本配方 橡胶胶种 补强与填充体系 硫化体系 增塑剂 …… 完成硫化，使得塑性或粘性胶料变成高弹性橡胶材料 提高胶料性能（如：拉伸强度）和降低成本 改善胶料工艺性能（可塑性） 石蜡油2280（橡胶填充油） 合成增塑剂 对硫化橡胶耐DME能力影响：增塑剂的抽出和渗透性能

不同配方的EPDM耐二甲醚试验结果（常温*72hr） 测试项目 EPDM-1 EPDM-2 EPDM-3 EPDM-4 EPDM-5 EPDM-6 硬度值，邵尔A 74 77 78 54 52 48 硬度值变化 -5 -2 +1 -8 -6 拉伸强度MPa 8.0 9.7 8.7 3.5 3.6 4.5 拉伸强度变化率% -49 -39.7 -42 -59.6 -63.3 -63.6 撕裂强度值N/mm 26.3 25.1 23.3 24 23 撕裂强度变化率% -31.3 -35.1 -46.3 -22.6 -22.3 -29.8 体积变化率 +14.4 +15.6 +16.7 +10.8 +15.3 +14.5 空气中暴露3天后质量损失% -13.4 -13.0 -13.3 -17.1 -5.7 -18.2 测试条件：浸泡后取出70s内测试 结论2：合适组分EPDM耐DME性能良好

杂质甲醇和水对EPDM耐DME性能的影响 大多数小规模工业二甲醚都采用甲醇脱水法，不可避免会含有少量杂质 甲醇和水。 甲醇 催化脱水 二甲醚 水 洗涤塔 提纯塔 试验所用的二甲醚不定期更换。

EPDM耐纯甲醇能力 EPDM耐掺水甲醇能力 浸泡时间/（天） 浸泡时间/（天） 纯甲醇和掺水甲醇中浸泡后EPDM-A,EPDM-B的体积变化率和空气中暴露3天后的质量变化率均不超过1%。 结论3：EPDM具有优异耐甲醇和水能力，故车用二甲醚中的甲醇和水 的含量不会对密封件的密封性能产生影响。

EPDM耐受DME能力（添加剂为不同比例的车用燃油添加剂Additive） 浸泡后体积变化率 空气中暴露3天后质量变化率 含燃油添加剂DME中浸泡后的体积变化率大于纯DME。EPDM-A的体积变化率小于EPDM-B。 燃油添加剂比例越高，体积变化率越大，并趋于稳定值。 在A1,A2,A3,纯DME中浸泡后EPDM于空气中暴露3天，质量变化率几乎相同。

EPDM耐受DME能力（添加剂为不同比例的硬脂酸Stearic acid） 浸泡后体积变化率 空气中暴露3天后质量变化率 含硬脂酸DME中浸泡后的体积变化率大于纯DME。EPDM-A的体积变化率小于EPDM-B。 硬脂酸比例越高，体积变化率越大，并趋于稳定值。 在S1,S2,S3,纯DME中浸泡后EPDM于空气中暴露3天，质量变化率几乎相同。

结论4： EPDM浸泡在S中的最大体积变化率大于浸泡在车 用燃油添加剂中。 42.6% 30.4% 19.8% 42.6% 30.4% 36.5% EPDM浸泡在S中的最大体积变化率大于浸泡在车 用燃油添加剂中。 含不同添加剂DME燃料对橡胶密封件材料影响有差异。 添加剂比例越高，体积变化率越大，但最终趋于稳定值。浸泡后于空气中暴露3天质量变化率仅略有变动。 EPDM组分对其耐受DME性能有影响，EPDM-A耐受性能良好。 结论4：

EPDM与FEPM耐柴油能力对比 EPDM-A,EPDM-B的体积变化率显著，浸泡时间越长，体积变化率越大，72h后的体积变化率分别为175.5%，137.0%。 浸泡后的FEPM的体积几乎不变，体积变化率为0.92%。 EPDM-A比EPDM-B耐柴油能力弱。

结论5：当油泵均匀性调试时间不超过3小时，EPDM-B的膨胀率处于 极性增强 非极性增强 柴油 EPDM-A EPDM-B FEPM DME 遵循相似相溶性原则 柴油，EPDM-A，EPDM-B均呈非极性，两者相溶，故EPDM-A,EPDM-B体积变化率大，质量损失多。 FEPM为强极性橡胶，和柴油的非极性差异明显，两者不相溶，故体积变化率小，质量损失少。 EPDM-A非极性与柴油差异更小，与DME弱极性相差更大，故比EPDM-B耐柴油能力弱，耐DME能力强。 结论5：当油泵均匀性调试时间不超过3小时，EPDM-B的膨胀率处于 可接受的范围。

Thank you！ 感谢各位老师批评和指正！