馬俊杰 戴 瑩 趙志強(qiáng) 常冬艷

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環(huán)保型清洗劑在運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用研究

馬俊杰 戴 瑩 趙志強(qiáng) 常冬艷

（北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京 100076）

針對運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)裝配過程中對安全環(huán)保型清洗劑的迫切需求，提出原清洗劑替代方案。研究了某安全環(huán)保型清洗劑的適用性，包括清洗力是否滿足零件的清洗潔凈度要求、清洗劑是否會(huì)腐蝕金屬和損傷其表面處理、清洗劑是否會(huì)降低橡膠的物理機(jī)械性能以及是否會(huì)影響伺服機(jī)構(gòu)密封圈密封性能，最終通過了試驗(yàn)驗(yàn)證。

清洗劑；清洗力；腐蝕；密封圈

1 引言

精密清洗技術(shù)主要體現(xiàn)在清洗劑、清洗設(shè)備和清洗工藝，其中清洗劑是關(guān)鍵[1]。運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)對多余物極為敏感，裝配過程中的零組件清洗是重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)使用的高標(biāo)號（120號）汽油雖然使用效果好，但由于閃點(diǎn)低（-20℃），操作中有安全隱患，曾發(fā)生過燃燒事故，長期使用影響工人健康，因此長期以來迫切需要使用安全環(huán)保型清洗劑替代。

工業(yè)常用清洗劑一般分為三類：溶劑型、水基和半水基。對于小批量生產(chǎn)的軍工產(chǎn)品，一般采用溶劑型清洗劑。后兩種清洗劑雖然安全環(huán)保，但穩(wěn)定性較差，清洗工藝復(fù)雜，常用于大型或大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

文獻(xiàn)[2]介紹了某溶劑型清洗劑替代汽油用于彈藥彈筒表面清洗。但伺服機(jī)構(gòu)有特殊要求，不僅對潔凈度有較高要求，也不允許清洗劑對金屬件及其表面處理產(chǎn)生損傷。同時(shí)，組件中有大量密封圈，通常需要在磨合后再次清洗，密封圈不能取出，要求清洗劑不影響密封性能。

因此，研究適應(yīng)伺服機(jī)構(gòu)清洗的清洗劑，開展試驗(yàn)研究，驗(yàn)證可行性。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 清洗劑分析

清洗力是指清洗劑去除工件表面污垢的能力，是清洗劑的基本性能，直接決定工件的清洗潔凈度。溶劑型清洗劑主要溶解一些不溶于水的物質(zhì)（如油脂、蠟、樹脂、橡膠等）和多種有機(jī)污垢[2]，但在使用過程中可能分解出酸性物質(zhì)，金屬工件容易產(chǎn)生銹蝕，表面處理受到損傷或失去光澤。此外，橡膠分子具有部分交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶劑中的某些成分可能浸入橡膠材料，橡膠中的成分也可能溶解到溶劑中，導(dǎo)致橡膠制品性能下降[3]。

2.2 清洗劑選用

運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)屬于小批量生產(chǎn)的軍工產(chǎn)品，針對其組件清洗的特殊要求，選擇某新型溶劑型清洗劑。它是一種精制石油脫芳烴溶劑，主要成分為碳和氫，可徹底揮發(fā)，沒有任何殘留，具有良好的清洗力；其不含氯、硫等可能產(chǎn)生酸性的元素，因此不會(huì)銹蝕金屬；同時(shí)它屬于非極性清洗劑，對大部分塑料和橡膠沒有溶解、溶脹和老化影響，不會(huì)引起伺服機(jī)構(gòu)密封圈尺寸發(fā)生變化，導(dǎo)致密封性能下降。

該清洗劑閃點(diǎn)為37℃，遠(yuǎn)高于汽油閃點(diǎn)；不含ODS消耗大氣臭氧層物質(zhì)，苯及苯系物檢測含量小于0.04%，對人體和環(huán)境無害，安全性和環(huán)保性較汽油大大提高。

2.3 試驗(yàn)方案

為進(jìn)一步驗(yàn)證該新型清洗劑用于伺服機(jī)構(gòu)清洗的可行性，設(shè)計(jì)如下試驗(yàn)方案：清洗力試驗(yàn)，測試清洗劑清洗力，分析其清洗潔凈度是否滿足要求；金屬腐蝕性試驗(yàn)和表面處理試驗(yàn)，分析清洗劑對金屬件及其表面處理的影響；橡膠試樣浸泡試驗(yàn)，分析清洗劑對橡膠材料的物理機(jī)械性能（包括硬度、拉伸強(qiáng)度、伸長率等）的影響；密封圈浸泡試驗(yàn)，分析清洗劑對密封圈密封性能的影響。

3 試驗(yàn)研究

3.1 清洗力試驗(yàn)

準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)試片，使用酒精擦洗干凈，編號并稱重1。選取兩種伺服機(jī)構(gòu)典型污染物作為浸泡液，分別將試片放入浸泡液2min，然后取出瀝干10min，稱重2。分別將試片放入新型清洗劑和汽油中浸泡5min，稱重3。注意每次稱重前先在(40±2)℃的烘箱中干燥30min，然后在干燥器中冷卻至室溫。

試驗(yàn)通過獲取同等條件下新型清洗劑和汽油去除污染物的重量，計(jì)算清洗力如式（1）：

相同試驗(yàn)進(jìn)行三次取平均值，詳見表1，可見新型清洗劑清洗力與汽油相當(dāng)，經(jīng)長期實(shí)踐檢驗(yàn)，120號汽油清洗力滿足伺服機(jī)構(gòu)清洗要求，故該清洗劑同樣滿足要求。

表1 清洗力對比 %

3.2 金屬腐蝕性及表面處理影響試驗(yàn)

選取伺服機(jī)構(gòu)常用金屬銅、鋼、鋁和不銹鋼等金屬材料進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn)，試驗(yàn)方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2117—95和Q/12NK 5119—2015。同種材料試片準(zhǔn)備2件，稱重1，盛有清洗劑的燒杯放入恒溫(25±2)℃水浴鍋中，將2件試片浸入新型清洗劑中，2h后取出在丙酮中漂洗，稱重2。注意每次稱重前先在(40±2)℃的烘箱中干燥30min，然后在干燥器中冷卻至室溫。計(jì)算腐蝕量如式（2）：

試驗(yàn)取2件試片的平均值，結(jié)果見表2，可見該清洗劑對伺服機(jī)構(gòu)金屬件無腐蝕。

表2 金屬腐蝕性檢測

選針對伺服機(jī)構(gòu)金屬件常用的表面處理方法，準(zhǔn)備4件試件，分別為經(jīng)過表面鉻酸陽極化和硬質(zhì)陽極化的鋁件、表面鍍鋅和QPQ處理的不銹鋼件。在試件的中間部位做標(biāo)記，一半浸入新型清洗劑中2h后晾干，另一半不做處理，采用體式顯微鏡和掃描電鏡分別檢測其微觀形貌和表面能譜。

對比4件試件原始表面與浸泡后表面的微觀形貌和能譜分析，發(fā)現(xiàn)其表面未有裂紋、凹坑等微觀形貌變化，表面主成分含量未發(fā)生變化，該清洗劑對金屬件表面處理無損傷。

3.3 橡膠試樣浸泡試驗(yàn)

選取伺服機(jī)構(gòu)常用密封圈膠料丁腈橡膠5080和氟橡膠7108，按照GB/T 528 Ⅰ型標(biāo)準(zhǔn)制備啞鈴狀試樣各10件，用于測試?yán)鞆?qiáng)度和伸長率，同時(shí)制備硬度測試試樣各10件。試樣分為兩組，每組5件，每件標(biāo)號，一組直接用于物理機(jī)械性能測試，另一組浸泡在新型清洗劑中，10min之后取出吹干，浸泡時(shí)間根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)實(shí)際清洗過程中零件與清洗劑接觸的最長時(shí)間確定。按GB/T 531進(jìn)行硬度測試，按GB/T 528進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和伸長率測試。

分析浸泡前后各5件試樣的硬度、拉伸強(qiáng)度和伸長率，氟橡膠見圖1，丁腈橡膠見圖2。可見試驗(yàn)批次膠料的物理機(jī)械性能均滿足指標(biāo)要求，為合格產(chǎn)品，浸泡后各項(xiàng)性能仍滿足要求，且浸泡前后各項(xiàng)參數(shù)相當(dāng)，該清洗劑不會(huì)降低兩種橡膠的物理機(jī)械性能。

圖1 氟橡膠7108浸泡前后物理機(jī)械性能對比

圖2 丁腈橡膠5080浸泡前后物理機(jī)械性能對比

3.4 密封圈浸泡試驗(yàn)

選取伺服機(jī)構(gòu)常用膠料的10種規(guī)格密封圈，每種規(guī)格各6件，批次相同，分兩組，每件放入對應(yīng)編號的密封袋。準(zhǔn)備6只燒杯，分兩組，每只編號，分別盛有新型清洗劑和汽油。將一種規(guī)格兩組密封圈按照編號測量內(nèi)徑和截面直徑，記錄1，按編號放入對應(yīng)燒杯中浸泡，10min后取出吹干，測量內(nèi)徑和截面直徑，記錄2；按上述方法完成剩余9種密封圈浸泡試驗(yàn)。計(jì)算密封圈內(nèi)徑和截面直徑的變化率為：

分析數(shù)據(jù)，浸泡前和浸泡后，60件密封圈的內(nèi)徑和截面直徑均合格。浸泡汽油后，密封圈內(nèi)徑和截面直徑的變化率分別為0～0.091%和0～0.56%，浸泡新型清洗劑后，上述變化率分別為0～0.092%和0～0.69%，見圖3，可見兩種情況下的兩個(gè)參數(shù)變化率很小且相當(dāng)，故該清洗劑不會(huì)降低密封圈的密封性能。

4 結(jié)束語

通過分析運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)清洗特點(diǎn)，選取某安全環(huán)保型清洗劑，設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證了其應(yīng)用的可行性。目前該溶劑型清洗劑已經(jīng)應(yīng)用于伺服機(jī)構(gòu)裝配過程中的清洗，效果較好，且產(chǎn)品完成多次飛行試驗(yàn)考核。另外，該清洗劑也可借鑒應(yīng)用于其他同類產(chǎn)品的清洗，本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案對其他產(chǎn)品的清洗劑替代具有指導(dǎo)意義。

1 瞿德勤，鄭安新，王計(jì)橋. 精密清洗技術(shù)[J]. 清洗世界，2011，6(6)：17～22

2 張武，胡延臣，李松成. 某新型清洗劑在彈藥筒表面清洗上的應(yīng)用[J]. 表面技術(shù)，2017，4(4)：270～273

3 宋丙紅，莫建華，李海宏，等. 一種替代180號航空汽油清洗工作的高閃點(diǎn)深度精制石油溶劑[J]. 清洗世界，2010，5(5)：24～28

Applied Research of Environment Friendly Cleaning Agent in Servo-mechanisms of Launch Vehicles

Ma Junjie Dai Ying Zhao Zhiqiang Chang Dongyan

(Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls, Beijing 100076)

A substitution to the former cleaning agent is proposed for the need of safe and environment-friendly cleaning agent in the assembly process of servo-mechanisms of launch vehicles. The applicability of a new type of cleaning agent was studied, including whether the cleaning force meet the merit rating, whether the cleaning agent will corrode the mental and damage the surface treatment, whether the cleaning agent will reduce the physical and mechanical properties of the rubber and whether will affect the sealing capability of sealing ring of the servo-mechanisms. A series of experiments showed its feasibility.

cleaning agent；cleaning force；corrosion；sealing ring

馬俊杰（1989），工程師，機(jī)械工程專業(yè)；研究方向：運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)研究。

2018-05-21