关于离心风叶与油脂接触腐蚀断裂的分析研究

格力电器(合肥)有限公司 安徽 合肥 230088

1 引言

现阶段空调器用风叶主要包括离心风叶、贯流风叶和轴流风叶,而其一旦发生故障,将导致空调器件功能失效,而且维修更换需要全机拆解进行更换,维修成本高。当安装环境油脂较多时,风叶在运转过程中,油脂通过气流粘染于风叶表面,风叶在长时间工作中易出现老化脆断现象。

2 故障复现

油脂:润滑油型号DHDRAW900C

风叶:AS-GF20离心风叶

针对油脂模拟售后运转状态进行加速试验,在风叶表面涂抹DH DRAW 900C型号油脂,经高速运转48小时后风叶轴孔处出现腐蚀纹路,经高速运转96小时后,风叶底部、导流圈出现腐蚀裂纹。

由此可以看出,DHDRAW900C型号润滑油与离心风叶AS材料的存在兼容腐蚀。

3 失效机理分析

由于AS是由碳链高分子组成的质量较高的化合物构成的高分子材料,其在加工、储存和使用过程中,由于内因和外因的综合作用,使其物理化学性能逐渐变坏,以致最后丧失其应用价值,造成腐蚀老化现象。

AS-GF是丙烯腈-苯乙烯共聚物添加玻璃纤维生产而成,该材料的风叶在高速运转时,由于气流摩擦阻力造成风叶叶片表面阻力增大、表面温度升高,材料接触油脂后表面出现高温潮态多油的异常环境,而售后使用油脂主要成分为酯类,酯类在高温和中性或者酸性环境中易发生酯化反应,酯、水、羧酸和醇形成动态平衡,反应机理如下:

而对比AS材料中丙烯腈和苯乙烯在酸性环境中同样会发生水解反应,反应机理如下:

丙烯腈水解:

CH2=CHN+H2O→CH2-CHCOOH+NH3

苯乙烯水解:

C6H5-CH=CH2+H2O→C6H5-CH2-CH2OH

由于在高温潮态环境中,油脂中的酯类、丙烯腈、苯乙烯均发生酯化水解反应,水解产物中酸类、醇类化学极性相似或相近,出现化学分子相似相容,造成材料溶解,而风叶材料中添加的玻璃纤维长纤维,在注塑成型后表面存在大量银纹,在风叶运转时气流运动过程中,风叶表面造成大量应力,在应力作用下分子量较小,物质通过风叶表面银纹渗透进入材料分子内部,从而造成风叶材料溶解腐蚀老化。

4 特殊场合离心风叶防腐蚀的设计验证

因离心风叶主要用于柜内机上,使用环境相对分体内机较为恶劣,对于柜内机安装在较为特殊场合,其离心风叶使用寿命较短,为了提高特殊场合离心风叶的使用寿命,本次采用在表面涂覆层方式进行保护离心风叶的目的。结合AS-GF材料玻璃纤维无定向分布,选择铺覆性和润泽性能较好的油漆验证,同步对比验证水性油漆和油性油漆的防腐效果。因为离心风叶不属于标准件,不易把测试数值量化,为了更具体量化测试数据,采用离心风叶原材AS-GF标准样条喷涂验证。

图3 不同环境下拉伸强度对比

图4 不同环境下断裂伸长率对比

4.1 在无应力状态下常温与潮态环境性能对比 AS材料涂抹油脂后拉伸强度及断裂伸长率保持率仅为原材料的86.32%、87.39%,性能下降幅度达13%,说明油脂时造成AS材料性能下降的主要原因;

在常温环境下,对AS样条喷涂油漆后在涂抹油脂,对比材料性能保持率,油漆保持率分别为95.17%、91.79%,对比喷涂油漆后性能下降幅度小于白件,说明油漆能够有效隔绝油脂,降低油脂对AS材料的腐蚀效果;与常温环境对比,潮态环境更为恶劣,对比白件,在潮态涂油后拉伸强度和断裂伸长率保持率分别为41.25%、43.22%,下降幅度达60%,而喷涂水性油漆后拉伸强度及断裂伸长率的保持率达74.42%、71.99%,明显优于喷涂油性油漆后的保持率57.35%;

4.2 在应力状态下常温与潮态环境性能对比 由于风叶在运转中,空气气流阻力影响,会造成风叶叶片、风轮产生内应力,模拟风叶材料在应力作用下长时间接触油脂后性能变化,对比测试相同挠度应力下的材料性能变化率;

AS材料在常温应力环境下拉伸强度、断裂伸长率保持率为55.95%,34.91%,在潮态环境下拉伸强度、断裂伸长率保持率为15.56%、7.27%,性能下降幅度约为85%;

喷涂水性油漆后在常温应力环境下拉伸强度、断裂伸长率保持率为92.42%、72.11%,在潮态环境下拉伸强度、断裂伸长率保持率为64.33%、64.23%,性能下降幅度约为35%;

喷涂油性油漆后在常温应力环境下拉伸强度、断裂伸长率保持率为83.98%、62.50%,在潮态环境下拉伸强度、断裂伸长率保持率为49.18%、35.22%,性能下降幅度约为50%;

小结:AS材料接触DHDRAW900C型号润滑油在各种环境下,材料力学性能均出现不同程度下降;该型号润滑油对离心风叶存在腐蚀兼容异常。

为了提高特殊场合离心风叶的使用寿命,通过喷涂油漆对AS材料表面涂覆层方式,测试对比分析,喷涂油漆后,能够有效缓解风叶在高油脂环境下的材料性能下降趋势,其中水性油漆常态下拉伸强度提高65%,断裂伸长率提高106%。潮态环境下拉伸强度提高313%,断裂伸长率提高783%。油性油漆由于油漆本身对AS也存在一定的腐蚀性,其刚性、韧性相对水性油漆喷涂略差,相比未喷涂隔绝的风叶,性能要优。

通过对材料喷涂油漆隔绝油脂措施,有效延缓风叶腐蚀,降低风叶老化腐蚀,提高材料使用寿命。

5 总结

水性油漆能够有效延缓材料性能下降幅度,当安装环境存在腐蚀有机材料的润滑油脂类物质,使用喷涂工艺对材料表面进行喷涂水性油漆以隔绝或降低油脂对材料的腐蚀性能,延长产品使用寿命。