燃气轮机用YS10-021聚酰亚胺三防试验验证分析_商旭静.pdf

装 备 环 境 工 程 第 20 卷 第 2 期 32 EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 2023 年 2 月 收稿日期：20210908；修订日期：20220627 Received：2021-09-08；Revised：2022-06-27 基金项目：国家科技重大专项 Fund：National Science and Technology Major Project of China 作者简介：商旭静（1992），女，硕士。Biography：SHANG Xu-jing(1992-),Female.引文格式：商旭静,胡艳,由宝财,等.燃气轮机用 YS10-021 聚酰亚胺三防试验验证分析J.装备环境工程,2023,20(2):032-041.SHANG Xu-jing,HU Yan,YOU Bao-cai,et al.Verification and Analysis of YS10-021 Polyimide for Gas Turbine by Three Prevention TestJ.Equipment Environmental Engineering,2023,20(2):032-041.燃气轮机用 YS10-021 聚酰亚胺三防 试验验证分析 商旭静1，胡艳2，由宝财1，王宇1，杨文鑫2（1.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015；2.青岛苏试海测检测技术有限公司，山东 青岛 266000）摘要：目的目的 研究湿热、盐雾、霉菌环境对 YS10-021 聚酰亚胺材料性能的影响，为燃气轮机选材设计和定寿、延寿提供数据支撑。方法方法 设计开展 YS10-021 聚酰亚胺三防试验，定期测试试样老化后的物理性能，并对试验数据进行统计分析。结果结果 经 3 552 h 湿热试验后，高温拉伸强度和高温弯曲强度下降 24%，仍然符合出厂指标要求；常温弯曲强度下降 34%，简支梁冲击强度下降 62%，超出指标要求；其他各项性能未见明显老化。经 3 552 h 盐雾试验后，弯曲强度下降 30%，其余性能均在出厂指标要求范围以内。经 84 d 霉菌试验后，YS10-021 聚酰亚胺各项性能均有轻微下降趋势，但老化不明显。结论结论 YS10-021 聚酰亚胺在湿热、盐雾、霉菌环境中的耐受性良好。总体来看，湿热和盐雾环境对 YS10-021 聚酰亚胺力学性能的影响更大。关键词：YS10-021 聚酰亚胺；湿热试验；盐雾试验；霉菌试验；物理性能；老化规律。中图分类号：V258；TB304 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)02-0032-10 DOI：10.7643/issn.1672-9242.2023.02.005 Verification and Analysis of YS10-021 Polyimide for Gas Turbine by Three Prevention Test SHANG Xu-jing1,HU Yan2,YOU Bao-cai1,WANG Yu1,YANG Wen-xin2(1.AECC Shenyang Engine Design Institute,Shenyang 110015,China;2.Qingdao Sushihaice Testing Technology Co.,Ltd.,Shandong Qingdao 266000,China)ABSTRACT:The work aims to study the effects of damp heat,salt spray and fungus accelerated environment on physical properties of YS10-021 polyimide,so as to provide data support for material selection,design,service life determination and extension of gas turbine.The three prevention test of YS10-021 polyimide was designed and carried out to regularly test the physical properties of the sample after aging,and make statistical analysis on the test data.After 3 552 h damp heat test,the high temperature tensile strength and high temperature bending strength declined by 24%,which still fulfilled the requirements of the factory specifications.The bending strength at room temperature declined by 34%and the impact strength of the simply sup-ported beam declined by 62%,which failed to meet the standard requirements.Other properties showed no significant aging.航空航天装备 第 20 卷 第 2 期 商旭静，等：燃气轮机用 YS10-021 聚酰亚胺三防试验验证分析 33 After 3 552 h salt spray test,the bending strength significantly declined by 30%,while other properties were within the range of the factory specifications.After 84 d fungus test,the physical properties of YS10-021 polyimide showed a slight downward trend,but the aging was not significant.YS10-021 polyimide has good resistance to damp heat,salt spray and fungus environment.Overall,the damp heat and salt spray have greater effects on the mechanical properties of YS10-021 polyimide than fungus.KEY WORDS:YS10-021 polyimide;damp heat test;salt spray test;fungus test;physical properties;aging law 近年来，随着我国海外利益的深入拓展以及建设海洋强国计划的持续推进，我海军装备力量建设进入前所未有的发展期1。燃气轮机因体积小、质量轻、污染小、能量转换效率高以及机动性强等优点，已逐渐成为舰船的主要动力装置1-2。在燃气轮机的研制使用过程中，YS10-021 聚酰亚胺因其良好的热稳定性、自润滑性和低摩擦系数，被广泛应用于可调叶片衬套，以减少静子叶片轴径的磨损，对静子叶片起保护作用3-8。相比于金属材料，采用 YS10-021 聚酰亚胺能够起到较好的减重效果，同时减磨效果更优、耐久性更好9-10。可调叶片衬套是装配在高压压气机可调叶片上起减磨作用的关键部件，用以保护叶片轴，其在服役过程的环境耐受性、寿命长短直接制约了整机可靠性和寿命的提升。燃气轮机海上工作环境苛刻，不但会导致金属材料的腐蚀，也会造成橡胶、塑料等高分子材料吸湿、开裂、老化、体积膨胀等，造成强度等性能降低或弹性等功能失效，影响装备的整体性能和服 役寿命11-15。另外，非金属功能材料的霉变，会使得自身物理性能发生明显恶化，从而危及装备的可靠性和安全性16-17。国内对舰船燃气轮机材料，特别是非金属功能材料的环境适应性研究基础不足，影响燃气轮机非金属功能材料的正确选用、合适防护和正确维护11。为了全面评估 YS10-021 聚酰亚胺的海洋环境适应性，本文采取湿热试验、盐雾试验、霉菌试验 3 种环境加速方法，开展聚酰亚胺材料的老化研究，为燃气轮机非金属功能材料的环境老化及寿命评估提供技术基础，为燃气轮机的合理选材提供数据支撑，为燃气轮机的定寿、延寿提供理论依据。1 试验 1.1 材料及样品 试验所采用的材料为 YS10-021 聚酰亚胺，试件的尺寸及数量见表 1。表 1 试验材料信息 Tab.1 Test material information 生产厂家 检测性能 检测标准 检测仪器 性能指标 尺寸/mm 数量拉伸强度（室温23、高温 250）GB/T 1040.12018 高低温电子万能试验机室温 23，50 MPa；高温 250，30 MPa 150204 230弯曲强度（室温23、高温 250）GB/T 93412008高低温电子万能试验机室温 23，90 MPa；高温 250，60 MPa 80104 230压缩强度（室温23、高温 250）GB/T 10412008高低温电子万能试验机室温 23，100 MPa；高温 250，75 MPa 15.010.430.0230冲击强度（无缺口）GB/T 1043.12008液晶显示冲击试验机20 kJ/m2 1201510276摩擦系数 GB/T 39602016环块摩擦磨损试验机0.4 3076 69宏观形貌 目视/10104 4 微观形貌（SEM）GB/T 16840.62012扫描电镜/10104 4 热重分析（TG）GB/T 19466.22004热失重仪/10104 4 上海市合成树脂研究所 热力分析（DSC）GBT 19466.22004差示扫描量热仪/10104 4 1.2 方法 1）湿热试验方法。湿热试验18方法见表 2。湿热试验时间为 3 552 h，共计 148 循环，分别在 1、2、4、8、22、42、64、84、148 循环后对其物理性能进行测试。2）盐雾试验方法。盐雾试验19方法见表 3。盐雾试验时间为 3 552 h，共计 74 循环，分别在 1、2、4、11、21、32、42、74 循环后对其物理性能进行测试。3）霉菌试验方法。为了更加全面地考核聚酰亚胺的耐霉性，霉菌试验20采用 GJB 150.10A 中的 10种菌种来进行霉菌试验（见表 4）。在 30、RH 为95%条件下，最长进行 84 d 的霉菌试验，分别在 28、56、84 d 后对其物理性能进行测试。34 装 备 环 境 工 程 2023 年 2 月 表 2 湿热试验方法 Tab.2 Damp heat test method 试验阶段 温度/相对湿度/%持续时间/h 取样时机 升温 3060 95 2 高温高湿 60 95 6 降温 6030 85 8 低温高湿 30 95 8 分别进行 1、2、4、8、22、42、64、84、148 循环 表 3 盐雾试验方法 Tal.3 Slat fog test method 喷雾阶段 干燥阶段 NaCl 质量分数/%80 cm2盐雾沉降率/(mLh1)温度/pH 值温度/相对湿度/%循环/h 取样时机 5 12 35 6.56.7203050 24 h 喷雾+24 h 干燥 分别进行 1、2、4、11、21、32、42、74 循环 表 4 试验菌种 Tab.4 Test strains 序号 菌种名称 菌种编号受影响的材料 1 黑曲霉 AS3.3928织物、乙烯树脂、敷形涂覆、绝缘材料等 2 土曲霉 AS3.3935帆布、纸板、纸 3 宛氏