王兆坤 楊子楠 張曉凱 馮強 劉亞春

中國石化潤滑油有限公司潤滑脂分公司

橡膠相容性試驗是一種在潤滑脂產(chǎn)品開發(fā)過程和實際應(yīng)用中指導(dǎo)意義很強的試驗方法，與實際工況結(jié)合比較緊密。本文選擇硫化丁腈橡膠為主要考察對象，采用礦物鋰基脂A及半合成鋰基脂B，通過對潤滑脂橡膠相容性試驗相關(guān)影響因素的分析，有針對性地制定了對比試驗方案，考察了不同影響因素對試驗結(jié)果的影響，提出了相應(yīng)的試驗建議。

為了使軸承保持良好的潤滑條件和正常的工作環(huán)境，充分發(fā)揮軸承的工作性能，延長使用壽命，要求滾動軸承必須具有適宜的密封，以防止?jié)櫥瑒┑男孤┖突覊m、水氣或其他污染物的侵入。一般軸承密封都是由骨架和橡膠密封組成，常用的橡膠密封材料包括天然橡膠（NR）、丁腈橡膠（NBR）、氯丁橡膠（CR）、氟橡膠（FKM）和聚氨酯（PU）橡膠等。其中，丁腈橡膠是最具代表性的橡膠之一，其耐油性、物理機械性能和耐化學(xué)藥品性等綜合性能優(yōu)異，因此廣泛用于各種耐油橡膠制品[1]。

密封材料的特點直接關(guān)系到軸承潤滑脂的選擇和使用，同時潤滑脂的性能也對軸承的密封性能和使用壽命造成影響，因此潤滑脂與密封材料的相容性決定了軸承組件的使用性能和使用壽命。為了滿足應(yīng)用要求，大多數(shù)軸承潤滑脂產(chǎn)品開發(fā)過程中都要考慮與橡膠材料的相容性問題，并通過橡膠相容性試驗來考察和評定潤滑脂產(chǎn)品與橡膠材料的匹配性。

國內(nèi)目前潤滑脂常用的橡膠試驗 方 法 有GB/T 1690—2010《硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐液體試驗方法》和SH/T 0429—2007《潤滑脂和液體潤滑劑與橡膠相容性測定法》，GB/T 1690適用范圍和測試內(nèi)容更加廣泛，SH/T 0429僅針對潤滑脂的試驗材料、試驗過程進行了更加明確的規(guī)定，不適用于包含橡膠拉伸、扯斷性能的測試。若潤滑脂僅進行橡膠件密度、體積、硬度的測試，選用SH/T 0429方法更加合適，若潤滑脂需要進行體積、硬度、拉伸等綜合性能的測試，選用GB/T 1690方法更全面。本文選用丁腈橡膠為主要考察對象，進行了體積、硬度、拉斷伸長率和拉伸強度的測試，因此參照GB/T 1690方法進行。

本文通過對橡膠相容性試驗操作過程、放置方式、測試條件中的影響因素的對比考察，分析不同影響因素對試驗結(jié)果的影響程度，以期在實際操作中給予指導(dǎo)[2]。

試驗部分

試驗樣品

礦物鋰基脂A（簡稱脂A）：采用開口釜工藝制備，經(jīng)過均質(zhì)、過濾、脫氣等后處理得到光滑均勻油膏，基礎(chǔ)油為VG100黏度級別礦物基礎(chǔ)油，稠化劑為鋰皂，添加劑僅含0.5%（質(zhì)量分數(shù)）抗氧劑，牌號為NGLI 2。

半合成鋰基脂B（簡稱脂B）：采用開口釜工藝制備，經(jīng)過均質(zhì)、過濾、脫氣等后處理得到光滑均勻油膏，基礎(chǔ)油為VG100黏度級別基礎(chǔ)油，礦物油與合成油質(zhì)量比為6:4，稠化劑為鋰皂，添加劑僅含0.5%（質(zhì)量分數(shù)）抗氧劑，牌號為NGLI 2。

試驗材料與設(shè)備

◇邵氏A型硬度計；

◇天平；

◇恒溫試驗箱；

◇橡膠拉伸試驗機；

◇玻璃培養(yǎng)皿（帶蓋）、標準瓶（帶蓋）；

◇橡膠試片：市售硫化丁腈橡膠（儲存時間＜6個月），啞鈴樣片（II型），矩形樣片（50 mm×25 mm×2 mm）。橡膠試片組成和生產(chǎn)廠家均保持一致，避免因橡膠試片的波動對試驗結(jié)果帶來影響。

試驗方案

考察不同操作過程對試驗結(jié)果的影響

GB/T 1690方法要求試驗液體體積至少為試驗總體積的15倍，試驗容器中液體上部空氣體積應(yīng)盡可能達到最小。在實際操作中，有兩方面的問題容易忽視：一次試驗中，同一試驗裝置中樣片放置太多；潤滑脂量不足，試驗裝置上部留有空氣。針對上述兩點，設(shè)計試驗方案（測試條件：100 ℃，14 d）如下：

◇P1（脂多樣片少）：兩種油脂各在一個培養(yǎng)皿中放置3個啞鈴樣片、3個矩形樣片，潤滑脂裝滿培養(yǎng)皿，然后蓋上玻璃蓋子；

◇P2（脂少樣片少）：兩種油脂各在一個培養(yǎng)皿中放置3個啞鈴樣片、3個矩形樣片，潤滑脂不裝滿培養(yǎng)皿（空氣高度約5 mm），然后蓋上玻璃蓋子；

◇P3（脂多樣片多）：兩種油脂各在一個培養(yǎng)皿中放置5個啞鈴樣片、5個矩形樣片，潤滑脂裝滿表面皿，然后蓋上玻璃蓋子；

◇P4（脂少樣片多）：兩種油脂各在一個培養(yǎng)皿中放置5個啞鈴樣片、5個矩形樣片，潤滑脂不裝滿培養(yǎng)皿（空氣高度約5 mm），然后蓋上玻璃蓋子。

考察橡膠試片不同放置方式對試驗結(jié)果的影響

常用橡膠相容性試驗裝置為玻璃培養(yǎng)皿，樣片多在裝置內(nèi)水平放置；經(jīng)調(diào)研，部分用戶采用標準瓶進行橡膠相容性試驗，標準瓶中樣片為豎直放置，為了考察兩種放置方式對試驗結(jié)果的影響，設(shè)計試驗方案（測試條件：100 ℃，14 d）如下：

◇D1（樣片水平放置）：兩種油脂各在一個培養(yǎng)皿中放置3個啞鈴樣片、3個矩形樣片，潤滑脂裝滿培養(yǎng)皿，然后蓋上玻璃蓋子；

◇D2（樣片豎直放置）：兩種油脂各在一個標準瓶中放置3個啞鈴樣片、3個矩形樣片，潤滑脂裝滿標準瓶，然后蓋上玻璃蓋子。

考察試片清洗后測試前靜置時間對試驗結(jié)果的影響

按照GB/T 1690—2010 7.1的要求 ，對于非揮發(fā)性潤滑劑需要在試驗測試前在標準實驗室溫度下調(diào)節(jié)30 min，但在實際操作中容易出現(xiàn)時間超標的情況。為了考察測試前樣片靜置時間對試驗結(jié)果的影響，設(shè)計試驗方案（測試條件：100 ℃，14 d）如下：

◇兩種油脂各在3個培養(yǎng)皿中放置3個啞鈴樣片、3個矩形樣片，潤滑脂裝滿培養(yǎng)皿，然后蓋上玻璃蓋子；

◇浸泡試驗結(jié)束后，將6個培養(yǎng)皿放置在實驗室內(nèi)降溫30 min后，兩種油脂各取一個培養(yǎng)皿對樣片進行清潔（僅用棉紗不用清洗劑），清洗完畢后立即進行測試；

◇然后，將一個培養(yǎng)皿的樣片進行清洗后放置于塑料密封口袋中24 h后測試；將另一個培養(yǎng)皿的樣片進行清洗后放置在空氣中，靜置24 h后測試。

考察拉伸試驗機不同測試條件對試驗結(jié)果的影響

根據(jù)GB/T 1690方法要求，拉伸性能采用GB/T 528《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》進行測定，而GB/T 528中規(guī)定測試1型、2型和1A型試樣時夾持器的移動速度為（500±50） mm/min，測試3型、4型試樣時夾持器的移動速度為(200±20) mm/min。在實際測試中，存在夾持器移動速度未按標準調(diào)整的現(xiàn)象，造成試驗條件不符合標準要求。因此，為了考察夾持器移動速度對測試的影響，設(shè)計試驗方案（測試條件：100 ℃，14 d）如下：

◇一個培養(yǎng)皿中放置6個啞鈴樣片，分別用A脂脂裝滿培養(yǎng)皿，然后蓋上玻璃蓋子；

◇一個培養(yǎng)皿中放置6個啞鈴樣片，用B脂裝滿培養(yǎng)皿，然后蓋上玻璃蓋子；

◇浸泡試驗結(jié)束后，各取3個啞鈴片按照500 mm/min速度進行拉伸測試；另各取3個啞鈴片按照200 mm/min速度進行拉伸測試。

結(jié)果及討論

不同操作過程的試驗結(jié)果對比

按照方案P1～P4開展浸脂試驗，考察對潤滑脂量填充量、容器上部殘留空氣量以及試片放置數(shù)量對試驗結(jié)果的影響，結(jié)果見表1。

表1 不同試驗過程結(jié)果對比

從表1中試驗P1和P3以及試驗P2和P4的對比可以看出，同樣的裝脂量，樣片放置越多，橡膠的拉伸測試值越差；由試驗P1和P2以及試驗P3和P4的對比可以看出，同樣裝置、同樣多的樣片，裝脂量少、裝置有空氣殘留時，橡膠的拉伸測試值比無空氣殘留時明顯變差；上述試驗因素對體積和硬度的影響較小，對拉伸強度和拉斷伸長率的影響更明顯，兩款試驗用脂表現(xiàn)出的變化趨勢相近。因此，在試驗中，盡量在橡膠試片周圍保持足夠的潤滑脂，且樣片間避免接觸，且裝置盡可能填滿脂，保證無空氣殘留。

不同放置方式的試驗結(jié)果對比

按照方案D1、D2開展試驗，橡膠試片水平放置與豎直放置時相容性試驗結(jié)果見表2。

從表2中試驗D1和D2的對比可以看出，由于試驗裝置不同，橡膠放置方向不同，試驗測試結(jié)果有所不同，使用標準瓶的橡膠測試數(shù)據(jù)比培養(yǎng)皿的測試數(shù)據(jù)略好，兩款試驗用脂表現(xiàn)出的變化趨勢相近。因此，在試驗時，可以根據(jù)實際需要來調(diào)整橡膠試片的放置方式。

表2 不同試驗裝置結(jié)果對比

測試前不同靜置時間的試驗結(jié)果對比

測試前經(jīng)過不同的靜置時間后橡膠相容性測試結(jié)果見表3。

從表3可以看出，對試驗脂來說，樣片清洗后密封放置24 h后與樣片清洗后直接測試的數(shù)據(jù)相比相差不大，樣片清洗后暴露在空氣中放置24 h后與樣片清洗后直接測試的數(shù)據(jù)相比相差較大。因此，在試驗后、測試前，可以將樣片清洗干凈后密封保存，為了保證試驗的可靠性，不宜長時間存放。

表3 測試前經(jīng)過不同靜置時間下的結(jié)果對比

拉伸試驗機不同測試條件的影響

拉伸試驗機不同夾持器移動速度下測試結(jié)果見表4。

從表4可以看出，對于試驗脂來說，樣片在夾持器標準移動速度下的拉斷伸長率和拉伸強度測試結(jié)果比夾持器低移動速度下的要好，說明不同夾持器移動速度下試驗結(jié)果差距較大。因此，在試驗后如果遇到測試數(shù)據(jù)差距較大時，可以考慮試驗機參數(shù)設(shè)置的影響。

表4 拉伸試驗機不同夾持器移動速度下的結(jié)果對比

結(jié)論

☆通過對潤滑脂橡膠相容性試驗過程、試驗條件等的考察，表明：有空氣殘留、樣片多、脂量不足時，橡膠拉伸強度和拉斷伸長率性能測試結(jié)果明顯變差；浸脂試驗后，橡膠樣片清洗干凈后密封保存比暴露在空氣中的測試結(jié)果更可靠；橡膠試片放置方式、拉伸試驗機夾持器移動速度對橡膠相容性試驗結(jié)果有一定影響，樣片豎直放置時測試數(shù)據(jù)略好，樣片在夾持器標準移動速度下的拉伸測試結(jié)果較好。。

☆在潤滑脂橡膠相容性測試數(shù)據(jù)差異性比較大時，應(yīng)核實試驗過程、測試條件的差異。為保證橡膠相容性試驗結(jié)果的有效性，保持試驗操作的規(guī)范性和一致性。