过热金属屑信号器防护胶层及制备方法研究

张东晋川，杨 浩

（成都航利（集团）实业有限公司，四川 成都 611937）

某新型发动机过热金属屑信号器是检测滑油系统金属杂质和滑油超温的报警装置，其功能为当滑油中有金属杂质或超过滑油的允许温度时，以“转速急降”和 “滑油中有金属屑”信号形式报警。过热金属屑信号器在使用过程中，防护胶层出现裂纹、掉块故障，会导致过热金属屑壳体与滤芯接触，过热金属屑信号器内磁极和磁铁之间形成电气接点，产生虚假报警，同时防护胶层掉下的块状物会堵塞油路，严重时会导致发动机工作失效。

为了适应某型发动机过热金属屑信号器工作的要求，保证使用部位绝缘和隔热，需研究一种使用方便，与过热金属屑信号器涂敷面结合紧密，绝缘性能良好，隔热效果好，能承受200℃高温和滑油侵蚀的防护胶层组合物，保证过热金属屑信号器的防护胶层在工作过程中不易产生裂纹、掉块。

1 配方

1.1 配方设计与选择

过热金属屑信号器防护胶层的配方设计是根据防护胶层的用途和主要功能指标，选择合适的主体树脂；根据主体树脂的交联反应机制，选择固化剂；按功能互补原则选择助剂与添加剂。

选择配方的依据是研制的过热金属屑信号器防护胶层需承受200℃高温和滑油侵蚀，使用过程中应与过热金属屑信号器螺纹面结合紧密，不能出现裂纹、掉块、脱落，同时需要有良好绝缘性能和隔热效果。因此，本过热金属屑信号器防护胶层主要成分有： E-44环氧树脂、W30-4有机硅绝缘漆清漆、Y3-80端羟基丁腈橡胶、 D230聚醚胺、对苯二胺、石棉粉（200目）等。

1.2 配制

根据配方称取E-44环氧树脂和W30-4有机硅绝缘漆倒入容器中混合成均匀树脂，将Y3-80端羟基丁腈橡胶加入混合均匀树脂中并不断搅拌至均匀状态，再加入经（200±5）℃烘干200目筛网过筛处理后的石棉粉，最后加入已混合均匀的聚醚胺和对苯二胺，不断搅拌直至成为均匀，无凝块，颜色棕色至深棕色的稠状物质。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂与有机硅树脂的并用

E-44环氧树脂和W30-4有机硅绝缘漆组成了防护胶层组合物的主体树脂。E-44环氧树脂为双酚A型环氧树脂，含有极性脂肪族羟基、醚键、甲基和环芳烃结构，具有良好的耐化学性、韧性、粘结性、高温性能和刚性，固化过程分子之间的结合键基本无变化，无低分子物产生和挥发，体积收缩小于2%，固化物耐老化、耐化学介质性能好，有良好的加工性能和施工工艺性能，可长期在135~150℃的环境中使用。W30-4有机硅绝缘漆是纯有机硅树脂溶于甲苯溶液中，具有较高的耐热性（200℃大于75 h）、介电性、耐湿性和H级绝缘性，但热弹性小，硬度大，与基材结合力较差。通过调整E-44环氧树脂和W30-4有机硅绝缘漆的比例，达到即可解决防护胶层的绝缘性和高耐热性，又可以解决其高反应活性问题。表1是E-44环氧树脂和W30-4有机硅绝缘漆与同种固化剂同量固化后性能数据。从表1可以看出环氧树脂与有机硅树脂改性配合提高了主体树脂的耐热性、抗温变性，绝缘性。因此本过热金属屑信号器防护层选用的主体树脂能在200℃下长期使用，耐热性和耐腐蚀性良好。

表1 主体树脂对防护层性能影响Tab.1 Influence of main resin on the performance of protective layer

2.2 端羟基丁腈橡胶改性增加防护层韧性

过热金属屑信号器由永久磁铁、围绕磁铁配置的磁极组成，安装在放滑油总管和从涡轮后支承回滑油总管中，其使用的最高温度为200℃，介质为滑油。因此在修理装配时需检查过热金属屑信号器的工作情况，对产生裂纹、掉块的过热金属屑信号器进行修复，确保过热金属屑信号器的防护胶层能长期工作在200℃滑油介质中，且能承受高温、滑油的冲刷和压力，使用过程中不产生裂纹、掉块等。

图1 过热金属屑信号器结构示意图Fig.1 Schematic diagram of superheated metal chip signal device

由于过热金属屑信号器涂敷防护胶胶层的螺纹部位直径小且为螺纹结构，因此防护胶层需要有一定的韧性，采用加入Y3-80端羟基丁腈橡胶进行改性，带活性官能团的丁腈橡胶增韧剂，对环氧树脂进行有效增韧的同时提高耐热性，解决防护层组合物韧性和耐热性的矛盾。

2.3 固化剂的选用及配比影响

由于改性环氧有机硅树脂是热塑性线型结构的树脂，其本身不会固化，需要固化剂使树脂分子交联成网状结构，才能成为不溶不熔的固体物质，从而具有良好的耐化学性能、绝缘性能以及机械性能，因此固化剂是过热金属屑信号器防护胶层不可缺少的成分，它和主体聚合物起反应而进入分子结构中，可以提高粘合强度、内聚强度、化学稳定性、耐介质性、耐热性和抗蠕变性等。表2是拟选用固化剂性能比较。

表2 固化剂性能比较Tab.2 Performance comparison of curing agent

为了解决低温固化和高耐热性的匹配性，采用反应活性较高聚醚胺和对苯二胺作为固化剂。聚醚胺是湿度相对不敏感的固化剂，既是环氧树脂的弹性改性体，又是环氧树脂的固化剂，同时解决丁腈橡胶增韧剂易吸湿的问题，苯二胺为芳香胺固化剂可提高固化物的耐热性和耐化学品性。通过调整聚醚胺和对苯二胺的比例，解决防护层的低温固化和高耐热性的匹配性。

2.4 填料的选用

根据过热金属屑信号器防护层的使用环境和要求，需增加防护层的耐冲击性和耐热性，降低成本，增加硬度和耐磨性，降低环氧树脂的收缩率，改善工艺性和耐久性等作用需选填料。石棉粉是含有纤维的粉状非金属材料，其细长而柔韧的纤维即增加了胶层的延展性，又提高胶层的粘结力，是常用胶结材料，可提高胶结力。表3是填料性能比较。从表3的试验数据可以看出，采用石棉粉作为填料，可提高防护胶层的结合力以及抗击穿性能，因此选择了石棉粉作为填料。

表3 填料性能比较Tab.3 Performance comparison of filler

2.5 优化配方

过热金属屑信号器最高温度为200℃，且涂敷防护胶胶层的螺纹部位直径小、胶层厚度需控制在1 mm左右。因此，本防护胶层需要与过热金属屑信号器涂敷面结合紧密，绝缘性能良好，隔热效果好，能承受200℃高温和滑油侵蚀，且使用过程中防护胶层不易产生裂纹、掉块。经过优化设计与实验比对，过热金属信号器优化配方如下：

E-44环 氧 树 脂， 50%~60%；W30-4有 机 硅绝缘漆清漆10%~20%；Y3-80端羟基丁腈橡胶6%~8%；D230聚醚胺，适量；对苯二胺， 适量；石棉粉，适量。

3 试验验证

3.1 过热金属屑信号器防护层工艺性能试验

将配制好的过热金属屑信号器防护胶层涂在试片或产品上进行试验，试验完成后，防护层结合好，无松动现象，试验数据如表4所示。

表4 过热金属信号器防护层性能试验Tab.4 Performance test of protective layer for superheated metal signal device

3.2 长期运转考核

采用过热金属屑信号器防护胶修复的过热金属信号器和对比试片放入200℃滑油中长期浸泡，信号器经过750 h，其表面胶层无裂纹、无脱落，绝缘性和导通性均达到性能指标要求，对比试验的剪切强度也符合要求。具体如图2所示。

图2 过热金属屑信号器防护胶层浸泡示意图Fig.2 Schematic diagram of protective adhesive layer immersion for superheated metal chip signal device

4 结语

采用环氧树脂和有机硅绝缘漆为主体树脂制备的防护层材料具有绝缘性好和耐热性高的特点，解决了防护层材料高反应活性的问题，修复采用的防护层绝缘性能和隔热性能好，能承受高温和滑油侵蚀，使用过程中不易产生裂纹、脱落、保证了过热金属屑信号器保护层性能要求；通过加入端羟基丁腈橡胶解决了防护层韧性和耐热性的矛盾；以聚醚胺和对苯二酚作为固化剂，同时解决了端羟基丁腈橡胶吸潮的问题，提高耐热性和耐化学品性；以石棉粉作为添加剂，提高防护层的耐冲击性和耐热性，降低了成本，增加硬度和耐磨性，降低环氧树脂的收缩率。

通过以上配方的选择与配合，研制的过热金属屑信号器的防护层具有绝缘、隔热、耐热和抗滑油侵蚀的作用，达到了对某型发动机过热金属屑信号器的防护层修复。