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汽车用橡胶软管的性能检验
点击次数:4081 发布时间:2010-06-01

      在汽车中胶管用来传输各种液体和气体,包括燃油,润滑油,制冷剂和水等。胶管安装在汽车中要长期经受行驶条件下的各种环境因素的影响。为了生产和开发出满足实际使用要求的胶管产品,正确评价和检测胶管的使用性能必然成为一项十分重要的工作。

一、各类汽车胶管的性能要求
汽车胶管必须具有一定的梃性和柔性,一定的耐高低温、压力、天候、输送液体及机械振动的能力。汽车胶管可分为燃油胶管,空调胶管,制动胶管,冷却管,动力转向管和空气输送管等,不同用途的胶管又有一些不同要求,表1是各类胶管的性能要求和常用的一些检测方法。

胶管
类型
标准号
主要检测项目
制动管
ISO3996
GB/T7127
液压试验缩颈试验容积膨胀试验爆破压力试验制动液相溶试验曲挠疲劳试验拔脱试验吸水试验低温弯曲试验动态臭氧试验高温脉冲试验盐雾试验
冷却管
HG/T2491WSE-M96D34
粘合强度爆破压力外径变化脆性温度臭氧老化热老化(耐冷却液充冷却液老化后的爆破压力弯曲试验低温柔性压缩*变形脉冲强度电化学腐蚀
空调管
ISO8066
GB/T20025
制冷剂泄漏和渗透试验老化试验低温曲挠试验真空试验静压长度变化试验爆破压力 R134a抽出试验R134a试验耐臭氧清洁度脉冲试验湿气进入试验整体密封性压变
燃油管
ISO4639
GB/T10542
HG/T3665
HG/T3666
耐液体(C液体含氧燃油氧化燃油 3号油)气密性爆破压力粘着强度 C液体抽出后臭氧试验低温曲挠清洁度和萃取物燃油渗透真空试验胶管拉伸*变形和撕裂含氧燃油长期循环试验耐燃性加速老化铜片沉积
动力转
向管
ISO11425
脉冲试验爆破压力液压长度变化试验低温曲挠粘合强度耐臭氧容积膨胀清洁度接头腐蚀耐液性振动疲劳
 
 
 
 
 

二、胶管材料性能的检验方法
常用的胶管的材料性能的试验有拉伸性能,硬度,撕裂强度,粘着强度,耐液体性能,空气老化,压缩*变形和拉伸*变形,臭氧老化,低温性能,金属腐蚀性和渗透性等,通常内胶要按耐热性和耐传输液体的能力选择,而外层胶需耐热,耐臭氧及与内胶粘着性能好。这些试验一般用试片进行,主要用作产品的质量控制。由于其硫化条件与胶管实际硫化条件不同,因此对材料的评价常常规定要从胶管上制备试样,而且在进行材料的耐久性评价时,应从经过一定条件下存放或使用后的胶管上裁取试样进行。由于胶管使用条件的特殊性,选用的这些常规物性试验也有不同于其他橡胶制品的地方,如常进行拉伸*变形测量,作为一种器壁材料常需进行渗透性试验,由于和金属管接头接触需进行金属腐蚀试验等。
胶管多用来输送各种液体,所以耐液体试验是一项重要的材料试验项目,耐液体试验常用商用液体进行,因为它和使用条件接近,但由于波动性大,试验结果可比性差,所以提倡用标准或参考液体进行试验。
常用的标准或参考液体有以下几类:
1)参考燃油:用异辛烷和甲苯配制,甲苯越多,芳香烃含量越高,溶胀效果就越大。常用的C液体的异辛烷和甲苯的配比为50/50,可产生车用高芳香汽油的效果。液体 B C D 模拟各类膨胀效果的商用汽油,F为标准柴油,由直链烷烃和甲基萘组成,膨胀效果低于B。有的标准用90/103号油/对二甲苯做标准柴油。另外G H I K是四种含醇的燃油(含氧燃油),由不同比例的异辛烷、甲苯、甲醇、乙醇、二异丁烯和水配置而成,德国的FAM-1FAM-2就是类似的参考燃油。而标准的氧化燃油就是加入叔丁基过氧化氢,过氧化指数为90的参考燃油。
2)标准矿物油:高粘度的石油基油品,其苯胺点越高,溶胀能力越低。1号标准油的苯胺点zui高,是一种低体积增量油,可模拟高粘度润滑油。2号油苯胺点居中,是一种中体积增量油。3号油苯胺点zui低,是高体积增量油,可模拟液压油。新增的IRM902IRM903,分别和23号油接近。
3)工作液体:实际使用的液体常包含许多化学添加剂,比如机油中就是基础油中加入了5~25%添加剂,所以提出了3种有代表性的工作液体,即101模拟二酯型润滑油,1021号标准油加5%的烃类防腐剂,用来模拟某种高液压油,103模拟飞机使用的磷酸酯液压油。用50/50的乙二醇/水混合液能产生发动机冷却液的效果,用不同比例的水乙醇和增湿剂配置的玻璃洗涤液也可算作一种工作液体。
   三、常用的胶管检验方法
许多国家的橡胶通用试验标准都规定了一套检验各类橡胶管使用可靠性的方法,另在一些产品标准中也有不少专用试验方法逐渐被广泛采用。这些方法有:
1. 胶管尺寸测量 内径外径增强层外径壁厚同心度内外层胶厚组合件内径,新的国标和ISO增加了长度和测量点标志,规定了无管接头和有各种管接头的胶管长度的测量方法。
2. 液压试验 
—验证压力试验:检验软管和组合件在验证压力下持续30s-60s是否产生泄漏,变形和破坏。
—承压变形试验:在规定的压力(工作压力验证压力或其他低于验证压力的压力)下保持1分钟,测量胶管的长度和外径变化及扭转角度和弯曲。
—爆破压力试验:测定在规定的升压速度下,胶管发生爆破时的压力。
—泄漏试验:在zui小爆破压力的70%的静压下保存5min,反复一次,检查是否泄漏或破坏。由于试验往往用水,与实际使用液体的粘度不同,常温下测定的爆破压力和泄漏压力可能稍低。
通常胶管设计的工作压力就是可供使用的zui大压力,为了验证胶管牢固性进行的非破坏性试验的压力叫验证压力,通常为工作压力的1.52倍,胶管产生爆破时的压力称爆破压力,为工作压力的310倍。
3. 低温曲挠试验 
—低温刚性:胶管夹持在直径为胶管内径12倍的扭转轮上,在低温下停放6小时后,在12s内扭转180°时测得的扭矩与标准温度下测得的扭矩的比。
—低温弯曲:胶管夹持在直径为胶管内径12倍的扭转轮上,在低温下停放24小时后,在10s内扭转180°,检查内外胶是否脆裂和破坏。
测量胶管低温脆性zui简单的试验是将试样在低温下弯曲90°,或将一段胶管冷冻后压缩1/2看是否脆裂,还有一种方法是用一定重量的重锤自由下落,冲击试样看试样是否脆裂。
4. 弯曲试验 将胶管弯曲到一定程度后测量弯曲部分的zui小外径和弯曲前的外径的比,钢球通过能力和在管内加压时的弯曲力。
5. 吸扁试验 1min内抽真空,保持10min后,用直径为胶管内径0.9倍的钢球滚过,检查胶管塌陷程度。有的标准采用测量胶管外径变化率来表示胶管变形程度。
6. 层间粘合强度试验 汽车胶管多为直径小于50mm的编织软管,试验常用宽10mm25mm长条试样,也有采用宽25mm的圆环,呈90°剥离,拉伸速度为25mm/min
7. 液体壁透试验 
—在常压下,将胶管和充装一定液体的容器相连并密封容器管口,水平放置试验装置,然后定期称量由于液体通过胶管向外渗透造成的整个试验装置的质量变化,从而求出液体的渗透速度。
—在试验液体上施加50kPa的气压,在一定时间后卸压,测量液体减少的体积。
空调管制冷剂的渗透速度的测量原理基本相同,只是制冷剂的充注方法复杂些,并要同时进行一个未充注液体的基准试样试验。
8. 容积膨胀试验 胶管在传输液体的压力作用下不应产生明显的容积变化,测量容积膨胀的方法是将胶管连接到一液压源上,另一端和一测量胶管膨胀后液体体积的量管相连。将胶管中压力升高到试验压力使胶管膨胀,然后关闭液压源,打开与量管相连的阀门,这时容积膨胀部分的液体上升到量管中,即可测量出膨胀的容积。
9. 清洁度和萃取试验 对燃油胶管常用C液体注入胶管,停放24h后倒空,并用C液体清洗内壁。收集注入和冲洗的C液体,将不溶性杂质过滤出来,干燥称重得出不溶性杂质的重量,以单位胶管内表面积上杂质的数量或杂质的zui大尺寸表示清洁度;将滤得的溶液蒸发、干燥、称重得出可溶物质重量。再用甲醇从上述滤液蒸发干燥所得物中萃取腊状物,将所得甲醇萃取液蒸发干燥,称得腊状物重量。
10. 盐雾试验 将软管组合件放在35 5%氯化钠水溶液形成的盐雾中,持续24h后,检查管接头金属是否被腐蚀。
(插入力和拔脱力耐燃性和导电性耐磨性和污染性等)
 
四、胶管的耐久性试验
胶管的耐久性试验可反映胶管的实际使用性能和使用寿命,主要的方法有:
1. 热空气老化 将胶管放在烘箱中,经一定时间后测定老化后胶管各项性能的变化,或将胶管缠绕在一圆筒上,在烘箱中老化一段时间后取出拉直,看是否产生裂纹。
2. 封入介质的老化试验 由于介质流过胶管的内部会使橡胶及其中的添加剂,增强织物以及粘合层都会发生化学变化,只用热空气老化或疲劳试验作为耐久性评价是不充分的,zui理想的是按实际使用状况长时间进行液压脉冲和循环介质来考查老化性能,但对大量的胶管试验,一般是通过在胶管中封入介质进行老化后来检验胶管的性能,如物理性能,耐压性能,低温性能和真空性能等的变化。在燃油胶管的有关标准中还规定了在60℃温度下用含氧燃油在胶管中循环1000h后,测定胶管的吸扁性,弯曲性,耐臭氧性,爆破压力,粘合强度和低温曲挠性的方法。
3气候循环条件下的老化试验 循环老化是一种多参数,模拟实际使用条件的加速老化试验方法,可以使用现有设备,按顺序重复循环进行各单项老化试验,也可采用多因素,人工模拟的加速老化试验箱进行,这些因素包括氧,热,臭氧,紫外光,湿气和其他液体以及动态拉伸等。已有标准规定按一定的程序循环改变温度湿度等条件进行加速老化,然后测定胶管的外观(如喷霜和裂纹)和各项性能变化。
4疲劳寿命试验 汽车胶管使用时,要经受机械振动,外界环境和内部介质的长期作用,模拟这些条件的疲劳寿命试验可分以下三类:
—回转疲劳试验 将一组胶管的两端分别安装在相互平行的非动和可动水平杆上,可动杆的两端与一转盘相连,装盘以800r/min的转速带动胶管的一端在垂直方向作圆形回转,封住可动端的接头,非动端与液压源相连,施加一定的压力,记录产生泄漏和破坏的时间。
—无曲挠液压脉冲试验 将试样弯曲90°或180°,按胶管使用状况施加介质压力,脉冲频率,液体温度和环境温度,直到规定的脉冲循环次数或直到出现泄漏和破坏,记录是否破坏或出现故障的次数。
—伴随曲挠振动的液压脉冲试验 在施加脉冲压力的同时伴随周期曲挠,包括适于橡胶塑料软管组合件的曲挠液压脉冲试验(半Ω试验)和适于钢丝增强的橡胶塑料软管组合件的曲挠液压脉冲试验,两者的差别是活动的管端的安装方向不同。
液压脉冲试验通常是在150%的工作压力下进行的。用这种方法评价胶管及组合件的耐久性时,还可根据需要设定各种复杂的温度和压力的变化程序来进行试验。
5胶管臭氧老化试验 静态拉伸条件下的试验一般是将胶管裁成长条试样拉伸20%或弯成圆环,或将胶管固定在能使胶管拉伸120%的圆柱上,也可直接将胶管弯成半圆环,绕在直径为胶管内径120%的芯轴上,在一定的臭氧浓度下,经过一定的时间后,观察胶管的龟裂情况。在大气中进行的表面龟裂试验是一种低浓度臭氧试验,方法与此类似。在制动软管的试验中,设计了一种动态条件下的胶管耐臭氧试验,胶管的一端固定,另一端以0.3Hz的频率相对固定端运动,一定时间后检查胶管龟裂情况。
(通常试验选用的臭氧浓度为25~200pphm。橡胶耐臭氧能力可分三个等级:50~500pphm 天然胶,丁腈胶,丁苯胶,顺丁胶和异戊胶。
1000~2000pphm 氯丁胶和丁基胶。
10000pphm以上乙丙胶,氯磺化聚乙烯,氯醇胶,聚氨酯,硅橡胶和氟橡胶。
胶管常用胶料仅*类是值得关注的)
 
五、胶管性能检测的新课题
随着汽车技术的进步,开发适用橡胶材料的工作对汽车胶管性能的检测会不断提出一些新的课题(1):
1. 汽车内环境的改变。如发动机舱变窄,涡轮增压器和电喷装置的使用,动力转向系统采用高压泵,都使胶管耐受的温度和压力升高。由于液体粘度和橡胶的粘弹性会随温度变化,需要测定不同温度下的泄漏压力和爆破压力;在较高温度和压力下,液体的渗透性会急速升高,需要进行高温和受压条件的渗透试验;还有些标准也增加了在高低温下测定吸扁性能和弯曲性能的项目。
2. 新型液体介质的使用。许多实际使用的液体常常采用许多化学添加剂来提高其性能,比如汽油中的清洁剂就是一种胺类化合物,对氟橡胶的影响很大,因此注意添加剂对耐液体试验结果的影响,选择合适的试验液体进行试验,对保证试验结果的可靠性是很重要的。在高温下,冷冻剂中的金属防腐剂与软管材料中被抽出的化学物质反应生成的沉淀物会堵塞发动机和散热器毛细管道,同时由于金属连接件和EPDM胶料中炭黑之间发生的电化学腐蚀会使胶管产生裂纹,采用新型冷却液必须研究其成分对橡胶材料的影响。在一些冷却水管的产品标准中已规定要进行电化学腐蚀试验,和进行冷却液萃取物成分的分析(2)
3. 环保要求。补偿无铅汽油辛烷值降低的办法是使用含氧燃油和氧化燃油,氧化燃油中过氧化氢对橡胶性能的影响很大,研究这种影响需掌握配置和使用氧化燃油进行试验的技术。空调中使用新型制冷剂R134a,要求在温度和压力都提高的条件下进行耐R134a(四氟乙烷)和润滑剂聚二醇PAG的试验,并测定其渗透率。胶管内部输送液体向外渗透和胶管内化学物质被液体抽出也是环境评价的重要内容,所以许多产品要进行渗透试验,清洁度测定和燃油抽出物(或耐久性试验回收的产物)数量和成分的分析以及观察燃油中不溶物质在铜片上的沉积。
六、胶管热寿命的推算(3)
安全是现代汽车要解决的首要问题,一些部件必须定期更换,如燃油管和制动管,这就要求对购进的橡胶部件的储存期和使用寿命进行评估。
热化学反应决定的橡胶材料的寿命tC随温度的变化可用以下直线方程表示(4):
lgtC=a+b/T
a=lg1/AlnP0/PC) b=Ulge/R P0为老化前的性能,PC为性能临界值,U为活化能,AR为常数,用试验的方法确定系数ab后就可推算材料和制品的寿命。
1确定胶管失效模式,特性参数和临界值。胶管失效通常是因破裂,脱落和泄漏,如果胶管是在内部压力下管壁破裂产生泄漏而失效时,可选择与耐压性相关的胶管物理性能参数,如增强织物的强度或胶管的强度,爆破压力等,分析确定这些特性参数的临界值Pc,如产品技术规范规定的zui小爆破压力,zui小拉伸强度等。
2确定不同温度下达到性能临界值的时间。至少在三个温度条件下,进行不同时间的性能测试,划出性能变化的动力学曲线(图1),建立合适的曲线或直线方程后,代入特性临界值求出相应的寿命tC,简单的方法是在图上通过临界值划一条与时间平行的直线与各动力学曲线相交,求出各温度下达到性能临界值的时间t1 t2 t3
3绘制lgt~1/T曲线。用回归分析的方法求出推算寿命的直线方程中的系数ab,也可用作图法画出寿命~1/T曲线2)
4确定实车条件下的等效温度。由于在实车条件下的受热环境会随行驶状态和季节等因素的影响,按以上方程推算胶管寿命时需将波动的温度环境转换为等效温度,等效温度就是在一定期间内受到波动温度环境影响时产品的寿命和在恒定温度下的寿命相同的温度。等效温度要按照模拟实际行使条件温度波动环境,用所谓Minor法则来计算。
5推算胶管热寿命。用推算热寿命的直线方程或在寿命~1/T曲线上按模拟实际行驶条件下的等效温度求得寿命。
以上推算的基础是假定胶管寿命是由热化学反应引起的老化变质决定的,并且要正确选定的失效模型和特性参数。


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