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汽车管路材料怎么适应更新换代的市场?

发表时间:2021-08-13 16:24来源:心源科技

随着液压技术、气动技术的迅猛发展,以高压胶管为代表的各种短管已普及到飞机、汽车、工程机械、特种产业车辆、液压机床、船舶、塑料加工机械、机器人等各个领域,尤其是汽车上用的各种连结管。


几十年前,汽车上的胶管不过是散热管、刹车管等少数几种产品而已,而现代汽车上用的胶管已达到20余种之多。


除了高性能的刹车管、燃料管之外,还有空调管、动力转向管等多种类型的功能胶管,它们大多都是高附加值的高新技术产品,带有复杂的金属扣压接头,使胶管的制造技术日臻精密,产业逐渐升级。


汽车管路制品在汽车各系统中起到关键的作用,像人体中的神经束、呼吸道等。主要体现在安全、节能、环保的为汽车各系统输送气体、液体等工作介质。


随着汽车技术的不断发展和汽车性能的不断提高,及公众环保意识的日益增强,各主机厂对汽车流体管路产品的性能提出了越来越严格的要求,根据用途不同,管路系统会用到多种工程塑料,如PBT、POM、PPS、PA6/66、PA12、PPA,以及橡胶、聚酯等材料;汽车管路种类繁多,按照行业分类,可以分为制动、传动、转向、进排气、冷却、燃油等。


不同用途的汽车胶管结构虽然各不相同,但总体大致分为内层、增强层和外层等三个基本部分。内层是胶管直接接触工作介质的层面,起着密封、导流的作用,它应有一定的厚度,能够耐温、耐腐蚀、耐摩擦。


增强层是胶管承受压力的部分,具有相当的刚度和强度,起到保护胶管结构的作用。外层是胶管的保护层,起到对外界的防御作用,应有一定的厚度,能耐温、耐腐蚀、耐磨和耐老化。


刹车软管.png


1、制动胶管


制动胶管是车辆重要的安全部件,对产品的质量和稳定性要求非常高。制动胶管内外胶层的橡胶通常采用三元乙丙橡胶,增强层材料多采用维纶纤维或芳纶纤维。

制动胶管对高压条件下的膨胀变形有极其严格的要求,芳纶纤维的高强度和高模量特性可以充分满足低形变的要求。


2、动力转向胶管


汽车的动力转向胶管分为液压转向系统胶管和电子转向系统胶管。传统的液压转向胶管接触的介质是矿物油,要求其耐高温性能好、不泄漏,最高使用温度可达150 ℃。


液压转向胶管的增强层材料可采用尼龙66纤维和芳纶纤维等。新型的汽车动力转向系统越来越多地使用电子转向系统。该系统不需要使用高压泵和转向介质,也不需要胶管连接。


3、冷却系统胶管


汽车冷却系统胶管连接引擎和散热器,通过冷却液传递热量。可细分为散热器胶管(耐高温)和加热器胶管(耐高温和耐脉冲震动)通常工作水温为125 ℃。


冷却系统胶管的增强层材料主要是对位芳纶纤维和聚酯纤维。通常对位芳纶纤维,如帝人芳纶公司的Twaron®系列和杜邦公司的Kevlar®系列的耐热性能较好,可长期在160 ℃的条件下工作。此外,帝人芳纶公司的Technora® 系列芳纶能耐受更高的温度,长期使用温度可达190 ℃。


4、空调系统胶管


汽车空调系统最早的制冷剂是氟利昂,由于氟利昂会破坏臭氧层,我国在2000年以后全面禁用,目前使用的制冷剂是R134a。


其空调系统胶管通常采用尼龙作为阻隔层材料,外胶层橡胶选用三元乙丙橡胶,而中间增强层材料选用聚酯纤维或聚乙烯醇缩醛(维纶)纤维,也少量使用芳纶纤维,在国内聚酯纤维的应用最广泛。


下一代的汽车空调系统制冷剂会采用二氧化碳。二氧化碳是环保性优异的制冷剂,但作为空调系统制冷剂需要在超临界条件下使用,从而对胶管提出了更高的耐温、耐压和耐渗透要求。使用对位芳纶纤维作为增强层材料是一种很好的选择,目前国内外的胶管生产企业已经对此技术进行研究。


5、涡轮增压胶管


通常涡轮增压胶管可分为高温段胶管和通过中冷器后的低温段胶管。其中高温段胶管的使用温度较高,通常可达到210 ℃ ,普通的增强层材料(如聚酯纤维和尼龙纤维)根本无法承受如此高温。


帝人芳纶公司的Twaron® 系列和Technora®系列芳纶纱线、杜邦公司的Kevlar®系列芳纶纱线等可长期耐受高温环境,普遍应用于涡轮增压胶管。


6、燃油胶管


汽车燃油胶管包括燃油输送胶管和给发动机供应燃料的胶管,是重要的安全部件,对材料的性能要求也较多。


传统的燃油胶管使用内胶层-增强层-外胶层的结构,胶层与胶层之间采用缠绕或编织工艺加入纤维增强层。燃油胶管的最高使用 温度可达到130 ℃。因此,很多燃油胶管 采用耐高温性能好和伸长率小的芳纶纤维增强层。


7、进排气系统软管


把空气或混合气导入发动机气缸的零部件集合体称为发动机进气系统。汽车排气系统主要是排放发动机工作所排出的废气,同时使排出的废气污染减小,噪音减小。


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。


汽车管路.jpg



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。


另一方面,汽车电子化从根本上改变了制动系统、助力转向系统等汽车系统的结构,削减了汽车胶管的用量,同时新能源汽车对整车结构的改变也删减了很多原有的需要胶管的结构。


汽车非金属材料的种类很多,包括塑料、橡胶、弹性体、发泡材料、纺织面料等,在汽车上的应用领域非常广,常见于内外装饰护板、座椅面料、顶棚地毯、发动机舱周边附件等等,当前非金属主要朝着高性能化、环保化、轻量化三个方向发展,实现其在整车上的两大主要作用:一是装饰性作用,通过内外饰的精致、豪华及环保来实现整车品味提升,一个是功能性作用,随着材料/工艺的技术发展,不断扩展非金属的应用领域,使其能应用于更恶劣的工况下,实现了传统材料的替代,如金属、橡胶以及不同塑料间的替代。


在轻量化方面,则主要是从非金属的塑料替代钢材、橡胶或塑料,以及非金属新的工艺和结构等方面进行研究。我们的轻量化研究领域非常广泛,从热塑性材料、发泡材料、弹性体材料到碳纤维材料都有研究。


聚酰胺纤维增强材料的特点就是强度高、耐热性好、冲击性好,是综合性能均衡的主要以塑代钢材料,它大量应用于高温或者强度要求较高等恶劣工况下,如进气歧管、气门室罩盖、节温器、空气管路等发动机周边零件,及油门踏板、换档器骨架等,都在广泛应用尼龙材料。


当然,高性能工程塑料(PA、PPA、PPS等)仍主要应用于更恶劣的发动机周边附件。在发动机周边管类零件里,聚酰胺材料可替代金属、橡胶,应用于空气管路、冷却管路等零件。同时由于管的减震、耐油要求,耐热性较好的弹性体材料应用也越来越多,常见聚酰胺PA11、硫化聚烯弹性体(TPV)、聚醚酯弹性体(TPEE)和聚酰胺弹性体(TPA)。这样的塑料替代传统的金属管和橡胶管可实现减重百分之十到百分之四十,同时它采用更快捷的挤出、吹塑、注塑工艺,生产效率远高于金属管和橡胶管,设计自由度也很好。目前应用的领域主要是在于燃油管、机油冷却管、空气管路等。


聚酰胺材料高强度、高耐热性,使其在发动机的进气管、缸盖罩以及周边的链条张紧器、气门室罩盖、节气阀上有很多塑代钢的应用。塑料进气歧管和缸盖罩已较为普及,除可实现更好的减重效果外,还在于其优异的功能集成度,如塑料缸盖罩可集成油气分离功能,塑料可变进气歧管大大提升发动机进气效率。


从国内供应商方面来说,在实现材料密度更小、更耐久、更耐热、尺寸稳定性更好等性能上进行持续创新,来实现材料本身的升级换代,以及生产工艺上的效率提升、节能化及新工艺的引入等方面,来实现产品品质更佳、成本更低。


从主机厂方面来说,我们研究程度还较浅,主要精力仍放在了材料应用上,侧重材料信息调研,以及应用技术可行性分析。在材料性能数据以及其对产品性能影响上还没有系统性地技术积累,因此对产品设计及性能保证的支持力度还较小。


当然,前沿性材料工艺的引入对主机厂来说是有系统性的影响,它不仅仅是一种简单材料和工艺的替代,还需要与产品设计、性能进行挂钩,局部零件的新材料应用不能只考虑它在局部性能的改进,还要把它放在整车性能的框架下去考虑它的性能是否能满足整车的性能要求(安全、NVH等),这可以说是轻量化材料工艺进行减重的前提。


进气软管.png


浙江心源科技有限公司生产的UPAE®尼龙弹性体,是通过尼龙硬段与聚醚/聚酯软段嵌段聚合而成的第三代工程热塑性弹性体具有独一无二的全方位性能:强韧、弹性、轻质、柔韧兼而有之,是高档运动器材、医疗器材、汽车工业、电子器材等不可缺少的材料


在汽车工业中,软管方面的应用性能优异柔韧性好;抗扭曲;弯曲性能好;可承受较大的负载;耐磨损;耐高压;刚性好;耐老化;耐多种化学品(酸、润滑油、冷却液等)



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