正构醇类添加剂对航空燃油中3D打印甲基丙烯酸酯与商用丁腈橡胶O型圈溶胀及抗拉强度的协同效应研究

【编辑推荐】本研究首次系统评估了甲醇至正辛醇(C1-C8)添加至军用航空燃油(JP-5)对商用丁腈橡胶(Buna-N)和3D打印(AM)丙烯酸酯O型圈的影响。发现醇类与JP-5混合会产生协同溶胀效应(Buna-N溶胀>32%，AM溶胀>46%)，导致抗拉强度最大降低88%。蒸发后材料收缩(丁腈橡胶达11%)并伴随力学性能部分恢复，为军用密封件选型提供了关键数据支撑。

　　

Highlight

材料

军用航空燃油JP-5由海军航空作战中心飞机分部燃料组提供，其组成为20%直链烷烃、28%异构烷烃、35%环烷烃、11%芳香族化合物和6%环芳香族化合物（碳数C₇-C₁₉）。实验所用醇类包括甲醇(99%)至正辛醇(99%)等系列正构醇。

Results

通过图像分析和质量测定双重验证O型圈体积变化。如图2所示，7天暴露后两种方法测得的体积变化百分比高度吻合。误差棒基于3-6个O型圈样本的平均值及数字图像像素转换变异度。动态监测显示，AM O型圈在纯醇中的溶胀(>46%)显著高于JP-5(17%)，而Buna-N则在JP-5中溶胀更明显(25% vs <9%)。

Discussion

本研究揭示了醇类与JP-5混合产生的协同溶胀机制：对于Buna-N O型圈，所有混合燃料引发的体积增长均超过单一组分；而AM O型圈仅在较高醇浓度(>20%)时表现此效应。这种"1+1>2"的溶胀现象可能源于醇分子与燃料组分对聚合物网络的双重渗透作用。值得注意的是，蒸发3周后Buna-N收缩率达11%并伴随26%抗拉强度恢复，暗示溶胀过程存在部分可逆性。

Conclusions

研究表明：1)醇/JP-5混合燃料对Buna-N和AM O型圈均产生显著协同溶胀效应(>32%)；2)AM材料在纯醇中异常高溶胀(>46%)提示其不适用于高醇环境；3)蒸发诱导的收缩现象(Buna-N达11%)可为密封失效提供预警指标。该发现对军用燃料配方设计和应急3D打印部件选型具有重要指导意义。