煤基乙醇汽油中各组分对橡胶材料溶胀性能的影响

周晓慧，高超锋，李鹏

(陕西省石油化工研究设计院  高分子材料（橡塑）工程实验室，西安  710054)

摘要：乙醇是重要的化工原料，其中燃料乙醇是重要的清洁能源。以往工业上主要通过农作物发酵来生产乙醇，存在“与民争粮”的矛盾。长期以来，利用化石资源生产乙醇一直是全世界努力的目标。基于以煤炭为主的能源结构，我国亟需开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术。

关键词： 煤基乙醇；煤基乙醇汽油；橡胶材料；组分

The effect of each component of coal-based ethanol gasoline on the bulking properties of rubber materials

Zhou Xiaohui, chaoefeng gao, Li Peng

(Laboratory of Polymer Materials (Rubber and Plastics) Engineering, Shaanxi Petrochemical Research and Design Institute, Xi'an 710054)

Abstract: ethanol is an important chemical raw material, among which fuel ethanol is an important clean energy. In the past, the industrial production of ethanol mainly through crop fermentation, there is a contradiction between the grain and the people. For a long time, the use of fossil resources to produce ethanol has been the goal of the world. Based on the energy structure of coal, it is urgent to develop coal-based fuel ethanol technology with independent intellectual property rights in China.

Keywords: coal based ethanol; coal based ethanol gasoline; rubber material; component

长期以来，利用化石资源生产乙醇一直是全世界努力的目标。基于以煤炭为主的能源结构，我国亟需开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术。针对此问题，2010年，大连化物所刘中民院士领导的科研团队开始“煤基乙醇技术关键催化剂”的研究开发工作。该技术以“二甲醚羰基化制乙酸甲酯”为核心，是一条全新的煤基乙醇合成新路线。2012年，大连化物所联合延长集团开展了“煤基乙醇整套工艺技术的开发”项目研发工作。2014年双方启动“10万吨/年乙醇工业示范”项目建设。2015年6月，该项目中试结果通过了中国石油和化工联合会的鉴定。2016年12月，全球首套煤基乙醇工业示范装置建成试车。2017年1月11日生产出合格的无水乙醇。目前，煤基乙醇示范装置已稳定运行3个月。该工业示范装置的投产成功标志着我国率先拥有设计和建设百万吨级大型煤基乙醇工厂的能力，对保障我国能源安全和粮食安全以及缓解大气污染等具有十分重要的战略意义。

橡胶膜片、汽车燃油管、加油管等是汽车燃油系中使用的重要耐油橡胶件, 课题以现用市售的燃油管、膜片等橡胶件为基体材料, 进行耐煤基乙醇汽油实验, 对各项性能指标进行了测试分析, 解决目前面临的市场问题。

1 试验方案

1.1 试验材料和仪器

试验油品：生物质乙醇、92# 汽油、M10 乙醇汽油、、煤基乙醇等；

试验橡胶：耐油橡胶-丁腈类橡胶、氟橡胶、油封-丁腈橡胶和合金-丁腈橡胶；

试验仪器：分析天平（精度为0.1mg）；游标卡尺（精度为0.02mm ）；厚度计（精度为0.01mm）；电子拉力机等

1.2 试验方法

文中对橡胶件的试验方法参考了《GB/T1690-2006 硫化橡胶耐液体试验方法》。通过测定橡胶试样在各种油品中常温浸泡一定时间后的质量、体积变化率来对比煤基乙醇汽油对各种橡胶溶胀性能的影响。

试验的具体流程为：在室温下分别将以上几种不同橡胶材料的试件放入油品中进行浸泡，浸泡时间分为3天。测量每种样本在同一浸泡时间下浸泡前后的质量、体积变化率、以及各力学性能变化率。

２　 实验方法

每个实验均选取3个试样，以试样相应参数的平均值为实验结果。试样悬浮置于500ｍＬ棕色广口瓶，凡士林密封保存，温度为23±2℃ ，浸泡周期72ｈ 。

2.1　 物理形变

根据GB/T1690-2006测定橡胶在不同燃料体系中浸泡前后的尺寸和质量变化，其变化率：           

Rw ＝ （ H₁-Ｈ₀ )/Ｈ₁×100%

式中：  H₀ 为浸泡前试样的体积（质量）；H₁ 为浸泡后试样的体积（质量）。

试样尺寸采用厚度计（精度为0.01mm）；试样质量采用分析天平测量（精度为0.00001ｇ）。

2.2  力学性能

拉伸强度：

按 GB/T528测定拉伸强度变化率：   

Ｒt ＝ （ T1－T0）／T１ ×100%

式中： T0为试样未浸泡的拉伸强度，MPa ；  T1为浸泡后的拉伸强度， MPa 。

扯断伸长变化率：                 

Ｒe ＝ （ Ｅ1－Ｅ0 )／Ｅ１×100%

式中：Ｅ0为试样未浸泡的扯断伸长率；        Ｅ1为浸泡后的扯断伸长率。

3 实验结果与讨论

3.1   溶胀性能影响

3.1.1煤基乙醇以及生物质乙醇对各类橡胶材料溶胀性能的影响

   煤基乙醇与生物质乙醇均为乙醇含量较高的溶剂，两者对各类橡胶的影响见下图（1）所示。

图（1）煤基乙醇/生物质乙醇对各橡胶溶胀性能的影响

通过图中可以发现：分别在煤基乙醇和生物质乙醇中，各类丁腈类橡胶的体积变化率均远大于氟橡胶的体积变化率，这可能是因为氟橡胶对乙醇是完全有耐受性,丁腈橡胶耐油性能优异,但耐乙醇介质不优。通过对煤基乙醇和生物质乙醇的对比发现，市售的生物质乙醇对各类橡胶的影响大于煤基乙醇，煤基乙醇对各橡胶的溶胀腐蚀小于生物质乙醇。

3.1.2  92#汽油以及市售汽油对橡胶材料溶胀性能的影响

不同汽油种类对各类橡胶的溶胀性能的影响如图（2）所示。其中市售汽油为现行乙醇汽油中的汽油（其中含有添加剂）。

图（2）92#汽油/市售汽油对各橡胶溶胀性能的影响

从图（2）中可以看出，92#汽油对各类橡胶的腐蚀性能弱于市售的汽油对橡胶的影响。因考虑橡胶的耐液体介质性能，主体材料考虑使用耐介质较优的极性橡胶-丁腈橡胶以及氟橡胶，即92#汽油对橡胶的耐腐蚀性能可能优于目前市售汽油。

3.1.3 煤基乙醇汽油以及市售乙醇汽油对橡胶材料溶胀性能的影响

煤基乙醇汽油以及市售乙醇汽油对橡胶材料溶胀性能的影响如图（3）所示。

图（3）煤基乙醇汽油/生物质乙醇汽油对各橡胶溶胀性能的影响

综合图（1）和图（2）的表观数据，结合图（3）可以看出，各类橡胶对煤基乙醇汽油的抗溶胀性能好于市售的乙醇汽油。煤基乙醇汽油与橡胶的相互溶胀作用，满足市场的要求。

3.2  物理机械性能的影响

    3.2.1 煤基乙醇汽油以及生物质乙醇汽油对各类橡胶材料溶胀后拉伸强度的影响

图（4）煤基乙醇汽油/生物质乙醇汽油对各橡胶溶胀后拉伸强度的影响

从图（4）中可以看出 材料溶胀一定时间后，煤基乙醇汽油对各类橡胶的拉伸强度的影响程度小于生物质乙醇对材料的影响程度， 满足了材料力学性能的要求，对骨架主体材料起到了保护作用。

3.2.2  煤基乙醇汽油以及市售乙醇汽油对橡胶材料物理机械性能性能的影响

图（5）煤基乙醇汽油/生物质乙醇汽油对各橡胶溶胀后扯断伸长率的影响

分析图（5）发现，煤基乙醇汽油对橡胶的溶胀后扯断伸长率的影响明显优于市售的生物质乙醇汽油对橡胶的溶胀后的对应指标，煤基乙醇汽油适应了市场的要求，满足广大客户的基本要求。

  4  结论

(1)煤基乙醇汽油比单一的汽油或者煤基乙醇，对橡胶材料溶胀程度都大，并非简单的数学叠加，两者在对橡胶的溶胀过程中具有协同效应。

(2)实验材料在煤基乙醇汽油中的溶胀都在标准要求范围内（SAE J30 JUN98和HG/T2196-04）。

(3)氟橡胶对煤基乙醇汽油（E10）、汽油、煤基乙醇均具有良好的耐受性，溶胀程度较小。

（4）煤基乙醇汽油的橡胶溶胀性能满足市场要求。

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