高温防护材料常常要面对的是除了温度之外的油污。发动机舱、液压系统、变速箱周围的各种电线电缆包裹用的材料,基本上每天都要和各种油状物质打交道。“朝夕相处”一词在这里使用得非常恰当。有人认为,在热水中浸泡一个星期左右之后再拿出来看的话,会有很出乎意料的变化,并且并不是说它变得不好了,而是在很大程度上保持了它的原有状态。这是夸大其词的说法,还是一些科学研究得出的结果呢?本文用耐油机理分析和模拟浸泡比较的方法来还原事实。
浸泡实验的设计是模拟最严格的工况
为了更贴近实际情况,在选择试验用材时选择了三种典型的材料:航空煤油类碳氢燃料、矿物液压油、合成齿轮油等,浸泡温度定为150℃左右,接近于发动机及液压系统中常用的机油温度范围,并且浸泡时间为七天。对照组为PVDF材料和通用橡胶材料两种样品。
测试项目有四个:体积膨胀率(溶胀度),硬度改变量,拉伸强度保持率以及外观和密封性完好情况。
二、惊人的结果:变化很小超出了人们的预料
一个星期之后取出了氟橡胶样品,出乎意料的是:
外观几乎如初。表面上没有发粘、没有鼓泡、也没有颜色改变和起皮的情况。
体积溶胀率很低。在燃油类介质中体积变化率控制在个位数百分比左右,在矿物油里更小一些;而通用橡胶对照样品,在燃油中的溶解和膨胀非常明显,体积增加可以达到几十个点以上,表层变粘,并且尺寸出现明显的变形。
机械性能非常好。氟橡胶试样的拉伸强度保持率为92.3%、硬度变化很小;通用橡胶样品强度大幅度降低,已经不能够再继续使用了。
密封功能完好。包覆层和内部线缆仍然非常紧固,并没有因为溶胀而产生分离或者渗透的现象。
“变化巨大”其实并不是指的变化很大,而是在于变化很小。在可以使得普通的材料“毁容”的环境中,在环境中的温度的情况下,氟橡胶热缩套管几乎没有受到任何损伤。
第三种是耐油性,它的科学依据就是相似而不相溶
氟橡胶为什么会这么耐油呢?主要是由于“极性不同”造成的。
油类介质实际上是不极性或者弱极性的碳氢化合物,在遵循“相似相溶”的原则下,它最易与同样具有碳氢结构的普通橡胶发生相互作用而产生溶解或者溶胀现象。普通的橡胶分子链和油分子会因为“一见钟情”而产生化学反应,大量的油分子就会渗透到链段之间,使材料发生溶胀、软化以及各项性能都出现崩溃的情况。
氟橡胶分子表面被氟原子紧紧包围着,表现出很强的化学惰性和很低的表面积,在这样的情况下,油分子很难渗进去,“水火不容”。这就如同一滴水珠掉在了荷花上面一样,并不能渗透进去也不能进入里面去。所以不管是汽油、液压油或者润滑油都无法给氟橡胶带来实质性的损害。
另外,在高温的情况下,氟橡胶仍然具有这样的特点。150度的高温油对于普通的材质来说就是双重伤害——温度加快了溶解和膨胀的过程,而高温也加快了物质的老化速度;对于氟橡胶来说,则是它的本来就可以承受的工作状态。
第四部分对对照组所得到的信息进行总结:各种材料在不同介质中表现出来的适应能力
在同一个实验里,其他的材料表现各具特色。
PVDF热缩管具有含氟材料家族的一致特性,对油和有机溶剂有很好的抵抗力,在含有油脂的环境中溶胀比较小。它在化学介质上没有问题,在温度方面就存在问题了。当温度达到150摄氏度的时候还可以使用,但是如果把温度提高到200摄氏度以上的话,那么它的结晶结构就会开始动摇。所以它可以用来做“耐油但是不那么烫手”的事情。”
双壁热缩管存在的问题主要集中在以下几个方面:一是内壁热熔胶层,在高温油脂环境里容易变软,并且会被一部分油脂腐蚀;二是随着使用时间的增长,其密封性能也会逐渐减弱。它具有很好的密封性,在防水、防潮方面表现突出,但是对于长时间浸泡在油脂中的情况,并不擅长。
花纹热缩管主要是为了防止滑手和机械保护,并没有针对油脂环境的设计,在长时间接触到油脂之后会因为溶胀、老化等问题而出现失效现象,请勿用于含有油脂的工作场合。
耐油性排名表中,氟橡胶排在第一位,并且它是唯一的,在高温和耐油两个方面都领先的所有选项。
第五条 选择建议:根据工况来决定是否购买
根据实验结果提出三个实际的应用建议:
第一种情况是油温很高,在这种情况下选用氟橡胶。凡是温度大于等于150度,并且接触到汽油的地方,比如涡轮增压器线路、发动机缸体周围电线电缆以及液压高温管线等,使用氟橡胶热缩管是最合适的选择之一。
第二个方面是耐油但是不能用高温的话可以选用含有氟塑料的方法。在温度小于等于150℃的油环境中,使用PVDF热缩管可以以较低的成本达到目的,并不需要一味追求高档材料。
第三、确定介质种类。尽管氟橡胶具有很强的耐油性能,在胺类、酮类等特殊介质中其耐受能力就会降低,所以在选择时要考虑到介质兼容性的问题,不能凭空想象。
六、结语
经过一个星期的高温处理之后,“几乎没有发生变化”的现象出现,这表面上看来很神奇的地方,在本质上就是由于碳氟结构所造成的本质惰性,并且这也是“相似不相溶”的原理在其中得到了完美的体现。氟橡胶热缩管用实验数据来说明,在高温和油污双重压力之下,可靠的保护并不是靠运气,而是在分子层面上就已经被预设好的必然结果。读出这份耐油真相之后,在高温油环境下选择电缆防护方案就有了依据。

