氟橡胶在汽车工业中的应用

发布时间:2020-12-17 14:17:32 阅读次数:143
近些年,世界各国每年都制订新的环境保护法规,汽车的总烃排出量受到日益严格的限制,汽车工业越来越难满足这方面的要求。在美国,汽车必须经SHED(密封箱蒸发量测定)试验合格。氟橡胶对烃类的渗透有极优良的阻隔性,在燃油胶管结构中覆以氟橡胶层,即可减少烃的渗透量。汽车燃料系统的制品,必须在-40~50℃的温度范围功能正常。但是氟橡胶随含氟量的增加耐低温性能劣化(玻璃化温度上升),为了制造在-40℃下性能正常的制品,需要对耐寒性差的氟橡胶产品进行改进。如今,全氟醚橡胶已经开发上市,有效地改善了氟橡胶的低温性能,但目前因价格问题还难以大量推广。
人们习惯采用丁腈橡胶来制造汽车发动机上的油封。丁腈橡胶成本低廉但耐高温及耐高速性能较差,当温度超过120℃或旋转轴转速超过5000r/min以上时,油封唇口易老化而变硬、变脆、造成泄漏。20世纪90年代初期国外研制成功一种广泛用于内燃机尤其是大功率、重负荷的内燃机的填充聚四氟乙烯PTFE油封。国内引进或合资生产的Cummins和Caterpilar柴油机等都采用聚四氟乙烯油封代替丁腈橡胶和氟橡胶等唇形橡胶骨架油封。作为其曲轴、辅助驱动轴等,旋转油封成功地解决了发动机因油封密封不好而产生的漏油、漏水的问题。在发动机运转几圈后装配在发动机上的PTFE油封的密封唇就会将一层很薄的PTFE薄膜涂覆到旋转轴颈上,并借助自身的弹性形变使唇口很好地粘合在轴颈上,随发动机旋转轴一起转动。在发动机工作过程中进入油封唇部与轴颈结合部位的润滑油随发动机一起转动。一旦油膜碰到油封螺旋槽就会受到螺旋面的作用力而产生一个向发动机密封介质的作用力,该力就会将欲外流的液体介质压回储油端,也就是油封螺旋槽具有泵吸的功能。当该作用力大于油膜本身受到的来自储油端的油压时,即能实现密封的作用。
涡轮增压器软管是汽车发动机中技术要求最为苛刻、生产成本最高的软管之一。软管的成本高,是因为软管的设计中需要大量的软管层。另外,为保证液体的正常流动所需要的弹性体的成本也较高。以前许多使用AEM等丙烯酸橡胶的软管已经改为使用硅橡胶,以使胶管在更高的温度下保持稳定的性能。这样就相应地需要采用含氟橡胶弹性体衬里,以提供必要的耐油性能。在多数情况下,在软管结构中采用芳纶纤维,以保持软管的形状和提供相应的强度。硅橡胶用的保护纤维层可使软管具有较好的弹性,能耐极高的温度。通常用压延机将橡胶和纤维压合在一起,从而制得软管的半成品材料。由于连续处于170℃以上的高温软管的中层和外层通常采用VMQ甲基乙烯基硅橡胶。在选择含氟弹性体衬里时,生产商和终端用户不得不选择氟硅橡胶(FVMQ)。
燃油胶管内层的氟橡胶材料:近年来随着汽车尾气排放标准的提高,汽车发动机橡胶制品的耐热性和耐劣化汽油性也相应得到提高。这是因为发动机结构的改变,使机罩内温度明显升高,采用燃料喷射系统提高油料的燃烧效率,导致了燃料的进一步氧化。因而要求燃料系统配管类橡胶制品必须具有高温耐热氧化性及耐劣质汽油性。随着无铅汽油和电喷装置等在汽车上的推广应用,燃油胶管的结构和材料变化较大,内胶层已发展到用氟橡胶代替丁腈橡胶。为了降低燃油渗透率和进一步改进耐热性内胶层,多采用复合结构即由氟橡胶与氯醚橡胶或丙烯酸酯橡胶组成,由于氟橡胶价格昂贵,因此氟橡胶层比较薄。这种结构的燃油胶管已成为国内外汽车零部件中采用的主流产品。目前我国也已经开发出这种氟橡胶为内层的燃油胶管并已在轿车上广泛应用。
汽车行业都密切关注燃料的甲醇化,都急切地开展可能适应任何燃料的FFV的研究,橡胶零件的FFV化尤为迫切。甲醇与汽油混合时,氟橡胶的体积溶胀约为10%左右。但单就甲醇而言,由于氟含量不同,氟橡胶的体积溶胀差别就很大。氟含量高时几乎不发生溶胀,但随着氟含量的降低,在低温区域下的溶胀就变大,尤其在氟含量为66%的情况下体积溶胀将显着增大。这可认为是由于低温下氢键产生的甲醇结合体与氟含量为66%的聚合物的SP值接近所致。
大型车辆液压系统连续工作时间长,油温及部件温度上升很快,普通的橡塑制品已不能满足使用要求,而氟橡胶制品则能满足其液压系统苛刻的工况技术要求,用氟橡胶制作的零配件已在大型车辆的液压系统中得到了广泛地应用。在液压系统中很多流体都含有强酸、强碱或是具有很强的腐蚀性,常规的大型车辆液压系统要在内壁镀上一种耐腐蚀性材料才能输送。聚四氟乙烯由于具有很强的耐腐蚀性完全不与王水、氢氟酸、浓硫酸、硝酸、过氧化氢等作用,是理想的防腐蚀衬里材料。将聚四氟乙烯层直接烧结在管道内壁的钢管上实现“钼二氟”一体化较好地解决了这一难题。使液压系统的零配件能满足苛刻的工况技术要求。
纯聚四氟乙烯具有耐260℃高温、耐腐蚀、摩擦系数小等特点,但聚四氟乙烯同时具有不耐磨、冷流性大、硬度高、韧性差等缺点。若直接用其制造油封则加工出来的油封唇口与轴的连动性差,难以满足高速、大功率、重负荷柴油机的使用要求。因此作为动力油封唇口材料必须经过改性方能使用。目前大多采用填充改性的方法即在纯PTFE中加入一些耐磨性材料,如玻璃纤维、碳纤维、石墨、二硫化钼、青铜粉等,使它们在PTFE层状结构中形成网状节点。从而在提高材料的刚度、导热性和抗蠕变性的同时,也大大提高了耐磨性和延长了使用寿命。
为了提高汽车发动机的功率,节约燃料,保证汽车行驶的安全性,新的燃料喷射系统出现。在此系统中,汽车从油箱流入发动机,然后又返回油箱循环流动,汽油与氧混合会产生氢过氧化物。含有引氢过氧化物的汽油称为“酸性汽油”,它能使多种烃类橡胶软化或硬化。而氟橡胶不会因接触酸性汽油而产生劣化变质。
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