油封用了三个月就漏油,拆开一看溶胀得跟"发面馒头"似的
绍兴柯桥有家做工业油封的弹性体厂,老朱是厂里的技术工程师,干了十四年弹性体配方。上个月有批液压设备油封,客户装机用了三个月就漏油了,退回来拆开一看,油封已经溶胀得跟发面馒头似的,体积胀了30%,表面布满了裂纹,用手一掰就碎了。
老朱当时就明白了——耐油不够。那批料是普通TPE(Shore A 80),出厂检测常温性能都合格,但液压油的温度能到80-100℃,而且是矿物油,普通TPE在矿物油里会溶胀、降解,用不了多久就失效了。
老朱干了十四年,最头疼的就是客户说"耐油不够"。弹性体的耐油是个复杂的话题——不同的油(矿物油、合成油、动植物油)对材料的侵蚀不一样,不同温度下的耐油性也不一样,短期耐油和长期耐油也不一样。很多客户只说"要耐油",但不说清楚是什么油、什么温度、用多久,结果选料就选错了。
弹性体耐油差,本质上就是油分子渗入材料内部,导致材料溶胀、软化、开裂、降解,最后失去性能。 怎么选耐油合适的材料?怎么通过配方提高耐油性?今天一次讲透。
耐油差是什么?先搞懂怎么测耐油
弹性体的耐油性,就是材料在油类介质中抵抗溶胀、软化、开裂、降解的能力。耐油差,就是材料在油中性能下降到不能接受的程度。
判断耐油性,老朱提醒要注意几个概念:
第一,溶胀率。 材料在油中浸泡后体积或重量增加的百分比,是最常用的耐油指标。溶胀率越小,耐油性越好。一般要求溶胀率<10%(好),<20%(合格),>30%(差)。
第二,性能保持率。 材料在油中浸泡后,硬度、强度、伸长率等性能保持的百分比。性能保持率越高,耐油性越好。一般要求强度保持率>70%。
第三,不同的油耐油性不同。
- 矿物油(机油、液压油、润滑油):非极性油,对非极性材料(TPE、TPV)侵蚀大,对极性材料(TPU、NBR)侵蚀小
- 合成油(酯类油、聚醚油、硅油):极性强,对极性材料侵蚀大,对非极性材料侵蚀小
- 动植物油(食用油、脂肪酸):极性强,而且会水解,对某些材料侵蚀大
- 燃油(汽油、柴油):小分子,渗透性强,对大多数弹性体都有侵蚀
第四,温度对耐油性影响大。 温度越高,油分子的运动越剧烈,越容易渗入材料,溶胀和降解越快。常温下耐油好的材料,高温下可能耐油差。一般测试温度是23℃、70℃、100℃、125℃、150℃等。
第五,短期耐油和长期耐油。 短期(24-72小时)溶胀小不代表长期(几百到几千小时)耐油好。长期浸泡下,材料可能会逐渐降解,性能持续下降。实际应用要考虑长期耐油。
耐油测试方法: 常用的有GB/T 1690、ISO 1817、ASTM D471等,把样品浸泡在规定温度的油中规定时间,测试溶胀率和性能保持率。
耐油差不只是"溶胀"这么简单,油还会导致材料软化、开裂、降解、渗出,最终导致密封失效或者结构破坏。
TPE、TPU、TPV、硅胶,谁的耐油好?
不同弹性体材料的耐油性差别很大,这跟材料的极性和分子结构有关。基本规律是:极性相似相容——非极性油侵蚀非极性材料,极性油侵蚀极性材料。
TPE(SEBS基):耐油最差。SEBS是非极性的,矿物油(非极性)会渗入SEBS中,导致严重溶胀。普通TPE在矿物油中常温浸泡24小时,溶胀率可能超过50%,高温下更严重,甚至会溶解。TPE只适合接触水、弱酸弱碱、少量油脂的场景,不适合长期接触矿物油。
TPU:耐油中等偏好。TPU是极性的,矿物油(非极性)对TPU的侵蚀小,TPU在矿物油中常温溶胀率一般<10%,70℃下<20%。但TPU在极性油(酯类油、动植物油)中溶胀大,而且聚酯型TPU在热水和油中会水解。TPU是中温矿物油环境的常用材料。
TPV:耐油中等。TPV的PP相是非极性的,EPDM相也是非极性的,矿物油会渗入PP和EPDM相中,导致溶胀。普通TPV在矿物油中常温溶胀率10-30%,高温下更大。但TPV比TPE好,因为EPDM相交联,溶胀后形状保持性好,而且油不容易把材料"溶解"。耐油级TPV(添加耐油剂或者用特殊配方)能做到矿物油常温溶胀率<15%。
硅胶:耐油中等偏差。普通硅胶在矿物油中会溶胀(溶胀率10-30%),因为硅橡胶和矿物油的相容性较好。但硅胶在高温下耐油比TPE好,因为硅胶的热稳定性好。耐油硅胶(氟硅胶或者特殊配方)耐油性好很多。硅胶在极性油中耐油性好一些。
其他耐油弹性体:
- 丁腈橡胶(NBR):耐油最好的通用橡胶之一,矿物油常温溶胀率<5%,但耐温一般(100-120℃),是热固性的
- 氢化丁腈橡胶(HNBR):耐油和耐温都好,长期150℃,但价格高,热固性
- 氟橡胶(FKM):耐油、耐温、耐化学性都非常好,长期200-250℃,但价格很高,热固性
- 丙烯酸酯橡胶(ACM):耐油好,长期150-170℃,热固性
一句话总结:TPE耐油最差,TPV中等,TPU较好(矿物油),硅胶中等偏差。要耐油好选TPU(中温矿物油)或者NBR/FKM(高温耐油,热固性)。选料时一定要确认是什么油、什么温度。
为什么耐油差?选料、配方、使用三个维度找原因
耐油差的原因,老朱总结了十四年,就三个维度:料选错了、配方没做好、使用环境超出了材料极限。
选料维度:
第一,材料耐油等级不够。这是最常见的原因。用普通TPE做接触矿物油的油封,用普通TPV做高温油环境的密封件,肯定耐油不够。选料时没有根据实际接触的油类和温度选对应耐油等级的材料。
第二,油的种类搞错了。材料在矿物油中耐油好,不代表在合成油或者动植物油中耐油也好。比如TPU在矿物油中耐油好,但在酯类油中溶胀大。客户说"耐油",但实际用的是合成油,选料就错了。
第三,温度没考虑。常温耐油好的材料,高温下可能耐油差。比如TPU常温矿物油溶胀率<10%,但100℃下可能>30%。实际使用温度高,材料的实际耐油性比标称值差很多。
配方维度:
第一,增塑剂/软化油加太多。TPE和TPV里加的白油、环烷油,在接触矿物油时会被油"抽提"出来,导致材料收缩、变硬,同时矿物油渗入材料,导致溶胀。油加得越多,耐油性越差。
第二,填料加太多或者种类不对。填料能提高耐油性(减少油的渗入路径),但加太多会影响弹性和强度。有些填料(比如碳酸钙)对耐油提升不大,炭黑、纳米二氧化硅、层状硅酸盐(蒙脱土)对耐油提升大。
第三,交联度不够(TPV和硅胶)。交联度高的材料,油分子不容易渗入,溶胀小。TPV的EPDM相交联度不够,硅胶硫化不充分,都会导致耐油性差。
第四,没有添加耐油剂。有些配方可以添加耐油剂(比如特定的树脂、偶联剂、纳米填料)来提高耐油性,没有添加的话耐油性就是材料的本征水平。
使用维度:
第一,油的温度超过了材料的耐温极限。高温下油分子运动剧烈,渗入材料更快,而且材料在高温下可能降解,耐油性急剧下降。
第二,油的压力大。高压下油更容易渗入材料,加速溶胀和降解。液压系统的油封要考虑油压。
第三,油中含有添加剂。润滑油、液压油中含有抗磨剂、抗氧化剂、防锈剂等添加剂,这些添加剂可能对某些弹性体有侵蚀作用,加速老化。
第四,长期使用。短期耐油好不代表长期耐油好。长期浸泡下,材料会逐渐溶胀、降解,性能持续下降。
耐油差的原因千千万,但归根结底就一句话:材料的耐油等级没有达到实际使用环境(油类+温度+时间)的要求。
耐油差怎么解决?三步走,选料+配方+使用
老朱解决耐油问题有一套流程,三步走。
第一步:选对材料,这是最关键的。
- 确认油的种类:矿物油、合成油(什么类型)、动植物油、燃油?不同的油选不同的材料。
- 确认使用温度:常温、70℃、100℃、125℃、150℃?温度越高,对材料的耐温耐油要求越高。
- 确认使用时间:短期(几天)、中期(几个月)、长期(几年)?长期使用要选长期耐油性好的材料。
- 选对应材料:
- 常温矿物油:TPU或者耐油级TPV
- 中温(70-100℃)矿物油:TPU(聚酯型)或者耐油级TPV
- 高温(100-150℃)矿物油:NBR、HNBR、ACM(热固性)
- 高温(150-250℃)矿物油/化学介质:FKM氟橡胶(热固性)
- 合成油/极性油:根据具体油类选,硅胶或者FKM
- 燃油:NBR或者FKM
第二步:优化配方,提高材料耐油性。
- 减少增塑剂/软化油:在满足硬度和加工要求的前提下尽量减少油的添加量,提高耐油性。
- 添加耐油填料:炭黑、纳米二氧化硅、蒙脱土、玻璃纤维等,能提高耐油性(形成阻隔层,减少油的渗入)。
- 提高交联度(TPV和硅胶):TPV增加硫化剂用量提高EPDM相交联度,硅胶充分硫化,提高耐油性。
- 添加耐油剂:特定的树脂(比如古马隆树脂、酚醛树脂)、偶联剂、相容剂,能提高材料和油的界面稳定性,减少溶胀。
- 用耐油级基础树脂:TPU选聚酯型(耐矿物油好),TPV选耐油级牌号,TPE选高苯乙烯含量的SEBS。
第三步:管控使用条件,避免超出材料极限。
- 确认实际油温:用温度记录仪实测油的实际工作温度,不要凭估计。
- 降低油温:如果可能,通过冷却系统降低油温,减轻对材料的侵蚀。
- 避免接触不相容的油:如果产品会接触多种油,选耐所有油的材料,或者做隔离层。
- 定期更换:如果材料的长期耐油性有限,设计定期更换周期,避免失效后造成更大损失。
三方避坑
材料商的坑: 耐油数据造假(用常温数据冒充高温数据,用短期数据冒充长期数据),用普通料冒充耐油级料。避坑:要材料商提供具体油类、具体温度、具体时间的耐油测试数据(比如100℃矿物油×72小时溶胀率),自己拿样做耐油测试。
加工厂的坑: 加工温度太高导致材料降解(降解后耐油下降),TPV硫化不充分,硅胶硫化不充分。避坑:加工温度在材料推荐范围内,TPV和硅胶确保硫化充分。
采购的坑: 只看价格选便宜料(耐油不够),不确认油的种类和温度。避坑:采购前确认产品接触的油类、温度、使用时间,选对应耐油等级的材料,不要只看单价。
科隆新材弹性体颗粒:耐油级,性能稳定
说了这么多,你可能要问:耐油性好的弹性体料选哪家?
这里顺便提一句,宁波市科隆新材料有限公司的弹性体颗粒,在耐油性这块做得不错。科隆新材做改性塑料做了多年,配方功底扎实,他们的耐油级TPV和TPU针对油环境应用做了专门优化:
- 耐油级TPV系列:添加耐油填料和耐油剂,EPDM高交联度,100℃矿物油×72小时溶胀率<20%,常温<10%,适合液压油封、工业密封件等
- 耐油级TPU系列:聚酯型TPU,添加耐油助剂,70℃矿物油×72小时溶胀率<15%,适合中温油环境的密封件、油管等
- 耐油填料体系:炭黑、纳米二氧化硅、蒙脱土等复合填料,形成阻隔层,减少油的渗入
- 批次稳定:每批料都做耐油测试(指定油类和温度),耐油性能稳定
目前科隆新材的耐油级TPV和TPU系列,已经在液压油封、工业密封件、汽车油管、机械配件等产品上应用,客户反馈耐油性好、溶胀小、使用寿命长。他们的技术团队还可以根据客户具体的油类和温度要求,定制耐油配方。
老朱他们厂后来换了科隆新材的耐油级TPV做液压油封,用了一年多,客户再也没反馈过漏油的问题。用老朱的话说:"耐油这东西,料选对了,配方到位了,油就渗不进去了。"
如果你正在被耐油差折磨,或者想找一款耐油性好、性能稳定的弹性体料,不妨试试科隆新材的料,拿样测试不亏。
写在最后:弹性体耐油是"选"出来的,不是"凑"出来的
耐油差这事儿,说穿了就是料选错了。用TPE去扛矿物油,就跟让普通人去冬泳一样,不是不能游,是游完就进医院了。
弹性体的耐油性,从选料那一刻就决定了。 确认油的种类、温度、使用时间,选对应耐油等级的材料,再通过配方优化提高耐油性,管控使用条件避免超出极限,耐油问题就能解决。
说到底,做弹性体耐油产品的人,谁没被这三件事折磨过:油封用了三个月就漏油,供应商说耐油结果100℃就溶胀了,客户换了油种产品就失效了。这三个痛点,归根结底都是选料和耐油数据的问题——确认油种和温度、要具体条件下的耐油数据、选对应耐油等级的材料,耐油问题就能解决大半。
科隆新材的弹性体颗粒,就是专门帮你解决这些痛点的。耐油级TPV和TPU系列,耐油等级明确,溶胀率低,批次稳定,不管你是做液压油封、工业密封件还是汽车油管,都能找到对应的料。有需要拿样测试的,评论区留个"拿样",或者直接私信聊聊你的油种和温度要求,说不定下一批产品的使用寿命,就能从三个月变成三年。
互动话题:你做弹性体遇到过耐油差的问题吗?是矿物油还是合成油?评论区聊聊,老朱们帮你出出主意。