關于離心風葉與油脂接觸腐蝕斷裂的分析研究

格力電器(合肥)有限公司 安徽 合肥 230088

1 引言

現階段空調器用風葉主要包括離心風葉、貫流風葉和軸流風葉,而其一旦發生故障,將導致空調器件功能失效,而且維修更換需要全機拆解進行更換,維修成本高。當安裝環境油脂較多時,風葉在運轉過程中,油脂通過氣流粘染于風葉表面,風葉在長時間工作中易出現老化脆斷現象。

2 故障復現

油脂:潤滑油型號DHDRAW900C

風葉:AS-GF20離心風葉

針對油脂模擬售后運轉狀態進行加速試驗,在風葉表面涂抹DH DRAW 900C型號油脂,經高速運轉48小時后風葉軸孔處出現腐蝕紋路,經高速運轉96小時后,風葉底部、導流圈出現腐蝕裂紋。

由此可以看出,DHDRAW900C型號潤滑油與離心風葉AS材料的存在兼容腐蝕。

3 失效機理分析

由于AS是由碳鏈高分子組成的質量較高的化合物構成的高分子材料,其在加工、儲存和使用過程中,由于內因和外因的綜合作用,使其物理化學性能逐漸變壞,以致最后喪失其應用價值,造成腐蝕老化現象。

AS-GF是丙烯腈-苯乙烯共聚物添加玻璃纖維生產而成,該材料的風葉在高速運轉時,由于氣流摩擦阻力造成風葉葉片表面阻力增大、表面溫度升高,材料接觸油脂后表面出現高溫潮態多油的異常環境,而售后使用油脂主要成分為酯類,酯類在高溫和中性或者酸性環境中易發生酯化反應,酯、水、羧酸和醇形成動態平衡,反應機理如下:

而對比AS材料中丙烯腈和苯乙烯在酸性環境中同樣會發生水解反應,反應機理如下:

丙烯腈水解:

CH2=CHN+H2O→CH2-CHCOOH+NH3

苯乙烯水解:

C6H5-CH=CH2+H2O→C6H5-CH2-CH2OH

由于在高溫潮態環境中,油脂中的酯類、丙烯腈、苯乙烯均發生酯化水解反應,水解產物中酸類、醇類化學極性相似或相近,出現化學分子相似相容,造成材料溶解,而風葉材料中添加的玻璃纖維長纖維,在注塑成型后表面存在大量銀紋,在風葉運轉時氣流運動過程中,風葉表面造成大量應力,在應力作用下分子量較小,物質通過風葉表面銀紋滲透進入材料分子內部,從而造成風葉材料溶解腐蝕老化。

4 特殊場合離心風葉防腐蝕的設計驗證

因離心風葉主要用于柜內機上,使用環境相對分體內機較為惡劣,對于柜內機安裝在較為特殊場合,其離心風葉使用壽命較短,為了提高特殊場合離心風葉的使用壽命,本次采用在表面涂覆層方式進行保護離心風葉的目的。結合AS-GF材料玻璃纖維無定向分布,選擇鋪覆性和潤澤性能較好的油漆驗證,同步對比驗證水性油漆和油性油漆的防腐效果。因為離心風葉不屬于標準件,不易把測試數值量化,為了更具體量化測試數據,采用離心風葉原材AS-GF標準樣條噴涂驗證。

圖3 不同環境下拉伸強度對比

圖4 不同環境下斷裂伸長率對比

4.1 在無應力狀態下常溫與潮態環境性能對比 AS材料涂抹油脂后拉伸強度及斷裂伸長率保持率僅為原材料的86.32%、87.39%,性能下降幅度達13%,說明油脂時造成AS材料性能下降的主要原因;

在常溫環境下,對AS樣條噴涂油漆后在涂抹油脂,對比材料性能保持率,油漆保持率分別為95.17%、91.79%,對比噴涂油漆后性能下降幅度小于白件,說明油漆能夠有效隔絕油脂,降低油脂對AS材料的腐蝕效果;與常溫環境對比,潮態環境更為惡劣,對比白件,在潮態涂油后拉伸強度和斷裂伸長率保持率分別為41.25%、43.22%,下降幅度達60%,而噴涂水性油漆后拉伸強度及斷裂伸長率的保持率達74.42%、71.99%,明顯優于噴涂油性油漆后的保持率57.35%;

4.2 在應力狀態下常溫與潮態環境性能對比 由于風葉在運轉中,空氣氣流阻力影響,會造成風葉葉片、風輪產生內應力,模擬風葉材料在應力作用下長時間接觸油脂后性能變化,對比測試相同撓度應力下的材料性能變化率;

AS材料在常溫應力環境下拉伸強度、斷裂伸長率保持率為55.95%,34.91%,在潮態環境下拉伸強度、斷裂伸長率保持率為15.56%、7.27%,性能下降幅度約為85%;

噴涂水性油漆后在常溫應力環境下拉伸強度、斷裂伸長率保持率為92.42%、72.11%,在潮態環境下拉伸強度、斷裂伸長率保持率為64.33%、64.23%,性能下降幅度約為35%;

噴涂油性油漆后在常溫應力環境下拉伸強度、斷裂伸長率保持率為83.98%、62.50%,在潮態環境下拉伸強度、斷裂伸長率保持率為49.18%、35.22%,性能下降幅度約為50%;

小結:AS材料接觸DHDRAW900C型號潤滑油在各種環境下,材料力學性能均出現不同程度下降;該型號潤滑油對離心風葉存在腐蝕兼容異常。

為了提高特殊場合離心風葉的使用壽命,通過噴涂油漆對AS材料表面涂覆層方式,測試對比分析,噴涂油漆后,能夠有效緩解風葉在高油脂環境下的材料性能下降趨勢,其中水性油漆常態下拉伸強度提高65%,斷裂伸長率提高106%。潮態環境下拉伸強度提高313%,斷裂伸長率提高783%。油性油漆由于油漆本身對AS也存在一定的腐蝕性,其剛性、韌性相對水性油漆噴涂略差,相比未噴涂隔絕的風葉,性能要優。

通過對材料噴涂油漆隔絕油脂措施,有效延緩風葉腐蝕,降低風葉老化腐蝕,提高材料使用壽命。

5 總結

水性油漆能夠有效延緩材料性能下降幅度,當安裝環境存在腐蝕有機材料的潤滑油脂類物質,使用噴涂工藝對材料表面進行噴涂水性油漆以隔絕或降低油脂對材料的腐蝕性能,延長產品使用壽命。