地面装备用液压油与橡胶密封材料的相容性考察

摘要： 本文对比了各种液压油橡胶相容性试验方法，并选用具有代表性的地面装备在用液压油，在选定的测试温度及时间条件下，与标准丁腈橡胶、聚氨酯橡胶进行了相容性测试。试验结果表明，在120℃、240h的测试条件下，聚氨酯橡胶与各种地面装备液压油的相容性测试结果极差。本次试验结果与资料报道的结果存在明显的差异，作者认为其原因就在于国内外聚氨酯橡胶密封材料配方及生产工艺的差异，基于国内聚氨酯橡胶密封材料制造水平，选择120℃、240h的相容性测试条件并不恰当。

关键词：抗磨液压油；橡胶相容性；丁腈橡胶；聚氨酯橡胶

1、前言

液压传动系统包括动力装置（动力油泵）、控制装置（换向阀、控制元件等）、工作装置（液压油缸或液压马达）和工作介质（液压油、乳化液、水）等部分；动力油泵将系统中的工作介质加压，具有一定压力的工作介质通过控制装置，有目的地将动力传给工作装置，从而实现液压油缸的往复运动或液压马达的旋转运动。

现代液压传动技术的迅猛发展，对液压油的性能提出了更高要求，与橡胶密封材料的相容性是液压油重要的设计和使用参数。所谓液压油与橡胶密封材料的相容性，是指液压油对与其接触的橡胶密封材料无侵蚀作用，同时橡胶密封材料也不会导致液压油的污染变质。

液压油与橡胶密封件材料的不相容性是造成液压传动系统泄漏发生的直接原因之一。液压传动系统的泄漏，势必将造成液压系统效率的急剧下降，达不到所需的工作压力，使机械设备无法运作，严重者甚至引起机械操作失灵和人身事故。

长期以来，用于地面装备作为液压油使用的油品有10余种，种类繁多，本文选取15号航空液压油、40号稠化液压油、L-HV 46低温抗磨液压油及L-HM 32抗磨液压油，进行了标准橡胶密封材料的相容性试验，并开展了试验前后标准橡胶密封材料硬度、拉伸强度、扯断伸长率及体积等物理性能的测试。

2、试验用液压油及标准橡胶密封材料

2.1 试验用液压油

本次试验选用具有代表性的地面装备在用液压油，包括：15号航空液压油、40号稠化液压油、L-HV 46低温抗磨液压油及L-HM 32抗磨液压油。

2.2 试验用标准橡胶密封材料

本次试验用橡胶密封材料，选择符合HG/T 2810-96标准的丁腈橡胶、聚氨酯橡胶[1]。

3、测试温度及测试时间的确定

液压油与橡胶密封材料的相容性测试，一般是依据液压油的使用工况，参照相关试验标准，在特定的温度条件和试验时间下将标准橡胶材料浸泡于液压油中，通过对浸泡前后测试值对比（如橡胶材料的硬度变化、拉伸强度变化率、扯断伸长变化率、体积变化率、压缩永久变形等），评价两者的相容性性能。

GB/T 14832-93等效采用ISO 6072-1986，规定了硫化橡胶与液压流体相容性的指数及其测定方法，相容性指数（ECI）是指硫化橡胶浸泡在一定温度下的试验液体中，经一定时间后的体积变化百分率、硬度变化、拉伸强度变化百分率和扯断伸长率变化百分率。对于矿物油型液压油，GB/T 14832-93规定测试标准橡胶材料为丁腈橡胶NBR-1和标准氟橡胶FKM-1，测试温度及时间分别为100℃和168h[2]。

此外，美军、俄军在其各类地面装备用液压油产品标准中也都规定了严格的与橡胶密封材料相容性要求以及相应的测试方法[3~6]，JCMAS P:041建筑机械专用矿物油型抗磨液压油规格中也明确提出了与丁腈橡胶、聚氨酯橡胶的相容性试验要求[7]，如表1所示。

在表1中不难看出，在美军、俄军地面装备用液压油以及日本建设机械专用液压油与橡胶密封材料的相容性试验中，各液压油产品规格使用的标准橡胶材料并不相同，美军、俄军地面装备用液压油全部是丁腈橡胶，JCMAS P:041不仅包括丁腈橡胶，而且包括聚氨酯橡胶。同时，各液压油产品规格选定的测试温度及测试时间也不相同，即使是与丁腈橡胶密封材料的相容性测试，规定的测试温度也包括70℃和100℃，测试时间也包括24h、168h、228h和240h。

鉴于JCMAS P:041建设机械专用矿物油型液压油与橡胶密封材料相容性的试验条件最为苛刻，本项研究拟按照JCMAS P:041规格中橡胶相容性试验规定的温度及时间进行，即与丁腈橡胶密封材料的相容性测试，测试温度及测试时间分别确定为100℃和240h，与聚氨酯橡胶密封材料的测试，测试温度及测试时间分别确定为120℃和240h。

4、液压油橡胶相容性测试建议指标

液压油与橡胶密封材料的相容性测试方法及测试结果的判断标准，目前我国尚未形成统一的国家标准或行业标准。当前，各规格液压油产品的橡胶相容性试验规定的合格性指标存在着很大的差异。

2000年，ASTM制定了工业用液压油密封圈兼容性的测定试验方法和提议限制，标准号是ASTM D6546-2000，液压油与橡胶密封材料的相容性测试建议指标列于表2[8]。

5、结果与讨论

15号航空液压油、40号稠化液压油、L-HV 46低温抗磨液压油及L-HM 32抗磨液压油与标准丁腈橡胶、聚氨酯橡胶密封材料的相容性测试结果列于表3。液压油与丁腈橡胶的测试温度及时间分别是100℃和240h，液压油与聚氨酯橡胶密封材料的测试温度及时间分别是120℃和240h。

作为使用最为广泛的橡胶密封材料，丁腈橡胶具有良好的耐油性能，可以在100℃温度条件下长期使用，因此在表3中可以发现，15号航空液压油、40号稠化液压油、L-HV 46低温抗磨液压油对浸泡后的丁腈橡胶的物理影响差别并不是很明显，只是15号航空液压油造成了丁腈橡胶更大的拉伸强度变化率。参照表2中液压油与橡胶密封材料的相容性测试建议指标，比较而言，L-HV 46低温抗磨液压油与丁腈橡胶的相容性更为优异。

聚氨酯橡胶以其优异的耐油、耐磨以及抗撕裂性能和优良的抗臭氧氧化性能而用做汽缸和液压缸的动密封材料，尤其是工程装备。但是在表3中不难看出，在设定的测试温度及测试时间条件下，聚氨酯橡胶经过15号航空液压油、40号稠化液压油、L-HV 46低温抗磨液压油及L-HM 32抗磨液压油浸泡后，拉伸强度变化率以及扯断伸长率变化率均接近100%，聚氨酯橡胶与上述任何一种液压油均不相适应，但是据内部资料介绍，L-HM 32抗磨液压油完全符合JCMAS P:041对聚氨酯橡胶相容性的性能要求，拉伸强度变化率以及扯断伸长率变化率均在-30%之内。作者认为，国内外聚氨酯橡胶密封材料配方及生产工艺的差异很可能就是造成L-HM 32抗磨液压油测试结果差异的原因，因为限于国内的技术水平，国产聚氨酯橡胶密封材料的工作温度最高不能高于80℃，基于国内聚氨酯橡胶密封材料制造水平，选择120℃、240h的相容性测试条件并不恰当。因此，在今后的研究工作中有必要进一步深入开展液压油与聚氨酯橡胶密封材料的相容性研究，包括聚氨酯橡胶材料、测试温度及测试时间的选择、合格性指标的确定等方面。

表4列出了符合HG/T 2810标准的聚氨酯橡胶与JCMAS P:041规格中使用的聚氨酯橡胶在基本性能指标上的差异情况。

6、结论

液压油与橡胶密封材料的相容性是其重要的设计和使用参数，但是目前国尚未形成统一的相容性测试方法及测试结果判断标准的国家标准和行业标准。

地面装备在用液压油与丁腈橡胶的相容性试验，测试温度及测试时间分别是100℃和240h，参照ASTM D6546-2000，L-HV 46低温抗磨液压油表现出了最为优异的相容性能。

地面装备在用液压油与聚氨酯橡胶的相容性试验，测试温度及测试时间分别是120℃和240h，15号航空液压油、40号稠化液压油、L-HV 46低温抗磨液压油及L-HM 32抗磨液压油的拉伸强度变化率以及扯断伸长率变化率均接近100%，均表现出了极差的相容性。但是，据内部资料报道，聚氨酯橡胶经本L-HM 32抗磨液压油浸泡之后，拉伸强度变化率以及扯断伸长率变化率均在-30%之内，作者认为，造成测试结果差异的原因很可能就在于国内外聚氨酯橡胶密封材料配方及生产工艺的差异，基于国内聚氨酯橡胶密封材料制造水平，选择120℃、240h的相容性测试条件并不恰当。因此，在今后的研究工作中有必要进一步深入开展液压油与聚氨酯橡胶密封材料的相容性研究，包括聚氨酯橡胶材料、测试温度及测试时间的选择、合格性指标的确定等方面。

参考文献

[1] HG/T 2810-96 橡胶密封制品（1996）【S】.

[2] GB/T 14832-93 橡胶材料与液压流体的相容性试验[S].

[3] ASTM D6158-99 Standard Specification for Mineral Hydraulic Oils[S].

[4] MIL-PRF-6083F 工作和防腐石油基液压油[S].

[5] MIL-PRF-46170C 防锈抗燃合成烃基液压油[S].

[6] ТУ.38 1011258-89 АУП液压油[S].

[7] JCMAS P041-2004建设机械用液压油（JCMAS P:041）[S].

[8] ASTM D6546-2000 Standard Test Method for and Suggested Limits for Determining Compability of Elastomer Seals for Industrial Hydraulic Fluid Applications[S].

Investigation on the Compatibility of Hydraulic Fluid Used on the Ground Equipments with Elastomer Seals

Yang Ming[1]，Xiong Chunhua[1]，Wu Fuli[2]，Yu Jun[2]

([1]POL Research Institute of General Logistics Department, PLA, Beijing,102300

[2]Petro-China Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian, 116031)

Abstract: The compatibility of hydraulic fluid used on the ground equipments with acrylonitrile-butadiene rubber and urethance rubber was studied under the specified temperature and time. The results showed that L-HV 46 low-temperature anti-wear hydraulic fluid exhibited the best compatibility with acrylonitrile-butadiene rubber under the test conditions of 100℃and 240h, while the tensile strength and elongation at break of urethance rubber after immersed in 15 aviation hydraulic fluid, 40 multi-grade hydraulic oil, L-HV 46 low-temperature anti-wear hydraulic fluid and L-HM 32 anti-wear hydraulic oil were almost 100% under the test conditions of 120℃and 240h, which indicated that the hydraulic fluids mentioned above were in-compatibility with urethance rubber. Based on the compatibility results of L-HM 32 anti-wear hydraulic fluid with urethance rubber, there was significant difference between the test and published on the internal magazine because of the difference of the formulation and manufacturing technique between domestic and overseas. In our opinion, the selected conditions of 120℃and 240h for testing the compatibility of hydraulic fluid with urethance rubber was not adapted.

Key Words: Anti-wear hydraulic fluid; Seal compatibility; Acrylonitrile-butadiene rubber; Urethance rubber

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