热反射耐热涂层在橡胶零件上应用探究

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1、热反射耐热涂层在橡胶零件上应用探究　　摘要：热氧老化是橡胶最常见的失效原因之一，降低橡胶的环境温度，能提高橡胶的使用寿命。热反射耐热涂层有极好的辐射热反射性能，能有效的降低热辐射对橡胶的影响，从而降低橡胶的内部温度，另外热反射涂层还能提高橡胶的高温耐疲劳性能、耐臭氧性能等。汽车发动机排气系统中，排气管持续的辐射热，使周围环境温度较高，开展热反射涂层的应用研究，对高温环境下的橡胶应用，有重要的指导作用。关键词：热反射涂层HRC橡胶热氧老化辐射热中图分类号：TQ33文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0125-02热反射耐热涂层（简称HRC）有极好的辐射热反射

2、性能，从而能降低物体内的温度。目前对热反射涂层的应用研究较多，如在隔热玻璃、建筑外墙等方面的应用[1～2]，但很少有在橡胶表面的应用研究。本文主要研究HRC涂层在汽车辐射热系统中橡胶零件上的应用。橡胶常见的老化模式有热氧老化，液体腐蚀老化，臭氧老化等，其中高温热老化是橡胶失效最主要原因[3]，因此，降低橡胶使用环境温度，能有效提高橡胶的寿命。6作为高分子弹性体，橡胶使用温度受主链分子内部结构决定，表1中橡胶使用温度是目前行业内比较认可的范围，要想通过配方提高其最高使用温度比较困难。在整车开发过程中，当零部件材料确定后，主要是通过改善橡胶件温度场来延长其使用寿命。汽车橡胶零件使用中，降低

3、橡胶件温度场的方法，除了本文介绍的HRC涂层方案外，传统的方法还有：加隔热罩、更改风向、更改布置等，其优缺点对比见表2。由表2可以看出，相比其他几种方案，HRC涂层易实施，不受空间限制，与常用的隔热罩相比，更有明显的减重效果。因此，开展HRC涂层在橡胶零件上的应用研究，对汽车用橡胶在高温下应用有非常重大的意义。1HRC涂层对橡胶性能的影响研究HRC由于其优异的热反射性能，能有效的降低辐射热下橡胶内部温度，提高橡胶耐疲劳性能。另外，HRC涂层还能提高耐臭氧性能、耐液体性能等。1.1HRC对辐射热下橡胶内部温度影响的分析整车排气系统中，排气管是重要的热源（如排气管预催表面，温度800℃～9

4、00℃），其周围受到该热源辐射热的影响，环境温度均较高。将橡胶件固定在排气管附近（约106mm），进行温度场试验验证，测试各工况下达到平衡后，橡胶件表面及内部温度。橡胶外表面温度是长期辐射热平衡状态下该零件的环境温度，橡胶内部温度是测试HRC涂层中距表面约3～5mm处的温度。HRC热反射性能越好，达到平衡后内外温差越大。（图1，图2）最后一个工况（怠速）中，吊耳内外温度均较低，没有实际考察意义外，其余工况中，达到平衡后，吊耳内外温差均较大。其中第1种工况吊耳外温度最高（140℃），内部温度降低最大（35℃）；第13种工况吊耳外温度最低（103℃），内部温度降低也较少（18℃）。从以上结

5、果可以看出，HRC涂层能有效降低辐射热对橡胶内温度的影响。一般来说，辐射热越大，温度越高，HRC作用越明显。2.2HRC对橡胶件的高温疲劳性能影响大多数橡胶件的热氧老化，不是在单一条件下完成，而是在在多种环境共同作用下进行的[4]。高温疲劳老化，能有效模拟橡胶在综合环境下的老化性能。将两组NR橡胶衬套置于100℃的高温箱中，载荷500±1200N，频率5Hz。其中一组橡胶衬套为左右均不涂HRC的NR橡胶衬套，一组橡胶衬套为左橡胶衬套涂有HRC涂料，右橡胶衬套不涂HRC涂料。测试150万次后橡胶衬套的变化情况。（图3）6试验后发现，没有涂层的橡胶衬套在100万次的时候，R角处就出现裂纹、

6、脱胶等现象，而涂有耐热涂层的的橡胶衬套，到150万次的时候，仍没有裂纹和边缘破损。具体结果如图4，图5。从以上结果可以看出，HRC涂层能有效提高橡胶件在高温下的耐疲劳性能。1.3HRC对橡胶件耐臭氧性能影响除热氧和高温疲劳外，臭氧也是橡胶老化的重要影响因素之一。臭氧老化主要表现在橡胶表面，橡胶长时间和空气接触后，空气中的臭氧会和橡胶中双键发生反应，造成橡胶表面皲裂。特别是在力的作用下，橡胶表面更易开裂老化。HRC涂层，对橡胶有较好的表面保护作用，能阻隔空气中的臭氧和橡胶的接触，从而能提高橡胶的耐臭氧老化性能。图6为橡胶件的臭氧老化后图片，可以看出，在臭氧浓度50×10-8下，拉伸20%

7、，温度40℃的臭氧老化箱中，橡胶件放置70h后表面出现开裂，而涂有HRC的橡胶件，在70h后表面完好。2工艺介绍HRC喷涂工艺主要分为：零件前处理、HRC喷涂、后处理几部分。喷涂设备比较简单，主要是在生产线产品末端（产品硫化完后）加喷涂枪和产品固定装置。（图7）该工艺和橡胶零件喷涂编码类似，但HRC喷涂关系到零件产品性能，其要求和过程控制更为严格。3结论6随着发动机涡轮增压系统的出现，发动机动力更加强劲，同时也导致前舱温度场的提高。高温是橡胶老