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国外汽车用胶管 工艺新进展

浏览次数: 日期:2014年3月14日 16:09

  在汽车用胶管中,许多通用橡胶已不能适应不断提高的性能和环保要求,一些特种橡胶如硅橡胶、氟橡胶、乙烯-乙酸乙酯共聚物、氢化丁腈橡胶等愈来愈多地被采用;具有防渗透性的热塑性塑料作为一种额外层加入胶管结构中;芳酰胺纤维也开始应用于汽车用胶管中。
  目前,汽车燃油胶管所面临的难题已不仅仅是酸性汽油对丁腈橡胶的腐蚀作用,而主要是空气污染和大气臭氧层破坏的问题。当前,全球有141个国家和地区签署了《京都议定书》,各国也相继制定了一系列汽车污染物排放标准及法规。这些法规实施,要求汽车制造厂对汽车的各个系统进行相应的改进,从而迫使胶管生产厂开发更先进的结构和工艺以适应汽车制造新的要求。
  生物柴油胶管
  欧盟一致同意支持使用生物燃料,其战略目标是到2020年普通燃料的20%将由生物燃料取代,以便减少二氧化碳(CO2)的排放及对石油燃料的依赖。美国也提倡采用生物燃料,并已经制定了提高车用可再生燃料的标准。目前所使用的生物燃料主要是E85生物柴油,由85%乙醇与15%汽油混合而成,其降解产物对橡胶材料有很强的腐蚀作用。
  因此,除了耐高温性能之外,燃油胶管还需具有良好的耐燃油渗透性能。燃油胶管所使用的橡胶材料主要是氯醇橡胶(ECO)、丙烯酸酯橡胶(ACM)和氢化丁腈橡胶(HNBR),这些橡胶可耐150℃温度,正取代丁腈橡胶(NBR)(内胶层)和氯丁橡胶(CR)(外胶层)。最近,瑞翁公司开发出一种丙烯酸橡胶
  Nipol
  AR,可耐175℃高温。此外,氟橡胶已广泛应用于汽车燃油胶管,但由于价格昂贵,氟橡胶只作为很薄的内衬,一般为0.2~0.7mm,通过共挤出或其他方法附加到燃油胶管的内胶层内侧上。
  杜邦公司开发出了新的“先进聚合物结构”(APA)工艺,生产一种过氧化物硫化(亦称加成硫化)的特种氟橡胶,可用于汽车生物柴油胶管和涡轮增压器胶管。达因昂(Dyneon)公司也开发了一种生产过氧化物硫化氟橡胶的新工艺,其耐生物柴油性能优于普通氟橡胶。
  达纳和尼塔-摩尔公司采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)生产燃油箱内和燃油输送系统用软管,这是一种多层结构软管,由尼龙12内衬层和粘合层、PEN中间层和粘合层及尼龙12外覆层构成,在渗透性、静电放电、重量和成本方面都优于氟橡胶多层软管。
  涡轮增压器用胶管
  近年来,涡轮增压柴油汽车的数量在不断增加。2003年欧洲装配涡轮增压器的柴油机占柴油机总量的12%,预计到2008年将增至60%。涡轮增压发动机是利用废气驱动气泵,压缩环境空气进入气缸,使燃油充分燃烧,提高发动机的输出功率。空气在压缩机与发动机之间需要冷却,以增加空气中氧气的含量。高温侧压缩空气的温度高达210℃(峰值为230℃),即使冷却器外侧的温度也有160℃(峰值180℃),对胶管提出了更高的应用要求。
  涡轮增压器胶管由内衬层、防渗透层、内胶层、增强层和外胶层构成。高温侧胶管的内衬层一般使用氟橡胶或氟硅橡胶,外胶层使用硅橡胶,增强层则开始使用芳酰胺纤维。有些汽车的涡轮增压器胶管使用了乙烯-乙酸乙酯共聚物,该共聚物能耐180℃,而硅橡胶则能耐250℃,阿文公司(Avon)开发的一种新材料可耐 230℃,填补了二者之间的中间温度。
  空调系统用胶管
  欧洲关于氢氟碳排放的环保法规将于2008年生效,该法规要求从2011年起汽车制造厂将依法装配CO2制冷剂空调系统。预计第一个CO2制冷剂空调系统模型车将是新一代BMW
  7系列(2007年),下一代Mercedes-Benz E级和Audi A8型汽车将在2009年装配。
  在CO2制冷剂空调系统中,条件的变化和CO2密度的剧减会引起爆破性分解,从而损坏聚合物材料,因此要求对空调系统用胶管进行专门设计。德国大陆公司开发出一种CO2制冷剂空调胶管,其结构包括防CO2渗透层、弹性体内胶层、芳酰胺纤维增强层和弹性体外胶层,其中弹性体层使用三元乙丙橡胶(EPDM),防渗透层和内胶层还需要耐制冷剂用油。这种胶管低压侧的渗透速率为0.21g/y,高压侧为0.79g/y,符合目前汽车工业用胶管的渗透速率不可超过1g/y的要求。
  此外,CO2制冷剂空调系统要求使用新的压缩机,其压力为目前压缩机的6~9倍。因此,开发此类胶管的最大难题是制造必须能在14MPa以上压力下保持密封的管接头,以防止在管接头处发生泄漏。选择性催化降低排放系统用胶管为了改进发动机以适应柴油机废气排放的要求,研究者已开发了一种选择性催化降低排放系统(SCR),这种系统使用脲溶液协助将氧化氮(NOx)转化为蒸汽和氮。
  未来的载重车将装配一个单独的贮罐,用于盛装脲溶液,通过一条胶管管路将其计量泵入催化剂注射系统。这种系统可使NOx和烃的排放量减少约80%,微粒排放量减少40%,从而使NOx排放量降低到EURO 4/1规定的3.5g/kWh以下。脲溶液贮罐与泵之间的胶管和介质同时加热,以防溶液冻结(脲的冻结点为-11.5℃)。其所使用的胶管主要由防渗透层、EPDM内胶层、纤维增强层和埋置有电热线的EPDM外胶层构成。欧洲的Renault、Volvo、EvoBus和Daimler- Chrysler已装配这种系统,美国的Ford等汽车制造厂正在试验这一技术,这种系统在商用车和大客车中的装配将越来越普及。
  车体灵活控制装置用胶管
  国外开发出一种车体灵活控制装置,用于减小拐弯时车体倾斜,以保持车辆平衡。在这种装置中有一个整体液压系统,液压流体非常热,并且压力呈脉冲状态,对胶管的要求非常苛刻。Daimler-Chrysler公司已经使用这种装置,BMW汽车也有类似装置,其将成为高档轿车发展的一大趋势,且逐渐会转向中档轿车的制造行业,使胶管从中得到新的应用。
  防渗透胶管
  由于燃油、制冷剂和其他流体通过软管管壁渗透到大气中造成污染,汽车用软管的防流体渗透性能已是汽车制造行业的普遍要求。汽车燃油系统、空调系统及其他系统用的胶管一般都带有防渗透层,燃油胶管通常以氟橡胶作为内衬,处于内胶层的内侧,一是为了耐燃油,二是为了防燃油渗透;R134a制冷剂空调胶管的防渗透层一般为热塑性塑料,处于两层弹性体内胶层之间;涡轮增压器胶管和选择性催化降低排放系统用胶管也有防渗透层。为了增强防渗透性,汽车用胶管内胶层普遍采用2层或3层结构,有的甚至是4层结构。虽然多层内胶层结构中的内衬或防渗透层可用压延胶片成型,但是考虑到生产效率不高和防渗透层的厚度极小,共挤出工艺乃是最佳选择。由于内胶层各层之间的粘合性非常重要,并且内衬或防渗透层所用橡胶如氟橡胶与其他类型橡胶不一定相容,往往需要使用适当的粘合剂,这在一定程度上增加了共挤出工艺的复杂性。
  管线系统的整体供应
  目前,国外汽车用胶管生产公司已从只向汽车制造厂供应胶管逐渐转变为供应整个管线系统。德国大陆集团宣称“向大众汽车出售12米胶管的日子已经一去不复返了”,他们认为胶管虽然是汽车不同系统中的一类重要部件,但却是一种低价值的产品,而供应装配有胶管的燃油管线系统、空调管线系统和动力转向管线系统等复杂产品才有利于提高利润,同时也方便了汽车制造厂的装配。
  2002年,欧洲汽车用胶管销售额中,燃油管线系统约5亿欧元,其中燃油胶管为 1.6亿欧元,占全系统的32%;空调管线系统6.3亿欧元,空调胶管为0.9亿欧元,占14.29%。在北美,燃油管线系统销售额为6亿美元,其中燃油胶管1.92亿美元,占32%;空调管线系统8亿美元,空调胶管1.44亿美元,占到18%。在亚洲,燃油管线系统销售额为3.6亿美元,燃油胶管1.2亿美元,占33.33%;空调管线系统6亿美元,空调胶管0.96亿美元,占16%。这种转变不仅反映了公司发展战略的调整,也预示着相应胶管工艺的不断完善。

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