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汽車管路材料怎么適應更新換代的市場?

發表時間:2021-08-13 16:24來源:心源科技

隨著液壓技術、氣動技術的迅猛發展,以高壓膠管為代表的各種短管已普及到飛機、汽車、工程機械、特種產業車輛、液壓機床、船舶、塑料加工機械、機器人等各個領域,尤其是汽車上用的各種連結管。


幾十年前,汽車上的膠管不過是散熱管、剎車管等少數幾種產品而已,而現代汽車上用的膠管已達到20余種之多。


除了高性能的剎車管、燃料管之外,還有空調管、動力轉向管等多種類型的功能膠管,它們大多都是高附加值的高新技術產品,帶有復雜的金屬扣壓接頭,使膠管的制造技術日臻精密,產業逐漸升級。


汽車管路制品在汽車各系統中起到關鍵的作用,像人體中的神經束、呼吸道等。主要體現在安全、節能、環保的為汽車各系統輸送氣體、液體等工作介質。


隨著汽車技術的不斷發展和汽車性能的不斷提高,及公眾環保意識的日益增強,各主機廠對汽車流體管路產品的性能提出了越來越嚴格的要求,根據用途不同,管路系統會用到多種工程塑料,如PBT、POM、PPS、PA6/66、PA12、PPA,以及橡膠、聚酯等材料;汽車管路種類繁多,按照行業分類,可以分為制動、傳動、轉向、進排氣、冷卻、燃油等。


不同用途的汽車膠管結構雖然各不相同,但總體大致分為內層、增強層和外層等三個基本部分。內層是膠管直接接觸工作介質的層面,起著密封、導流的作用,它應有一定的厚度,能夠耐溫、耐腐蝕、耐摩擦。


增強層是膠管承受壓力的部分,具有相當的剛度和強度,起到保護膠管結構的作用。外層是膠管的保護層,起到對外界的防御作用,應有一定的厚度,能耐溫、耐腐蝕、耐磨和耐老化。


剎車軟管.png


1、制動膠管


制動膠管是車輛重要的安全部件,對產品的質量和穩定性要求非常高。制動膠管內外膠層的橡膠通常采用三元乙丙橡膠,增強層材料多采用維綸纖維或芳綸纖維。

制動膠管對高壓條件下的膨脹變形有極其嚴格的要求,芳綸纖維的高強度和高模量特性可以充分滿足低形變的要求。


2、動力轉向膠管


汽車的動力轉向膠管分為液壓轉向系統膠管和電子轉向系統膠管。傳統的液壓轉向膠管接觸的介質是礦物油,要求其耐高溫性能好、不泄漏,最高使用溫度可達150 ℃。


液壓轉向膠管的增強層材料可采用尼龍66纖維和芳綸纖維等。新型的汽車動力轉向系統越來越多地使用電子轉向系統。該系統不需要使用高壓泵和轉向介質,也不需要膠管連接。


3、冷卻系統膠管


汽車冷卻系統膠管連接引擎和散熱器,通過冷卻液傳遞熱量??杉毞譃樯崞髂z管(耐高溫)和加熱器膠管(耐高溫和耐脈沖震動)通常工作水溫為125 ℃。


冷卻系統膠管的增強層材料主要是對位芳綸纖維和聚酯纖維。通常對位芳綸纖維,如帝人芳綸公司的Twaron?系列和杜邦公司的Kevlar?系列的耐熱性能較好,可長期在160 ℃的條件下工作。此外,帝人芳綸公司的Technora? 系列芳綸能耐受更高的溫度,長期使用溫度可達190 ℃。


4、空調系統膠管


汽車空調系統最早的制冷劑是氟利昂,由于氟利昂會破壞臭氧層,我國在2000年以后全面禁用,目前使用的制冷劑是R134a。


其空調系統膠管通常采用尼龍作為阻隔層材料,外膠層橡膠選用三元乙丙橡膠,而中間增強層材料選用聚酯纖維或聚乙烯醇縮醛(維綸)纖維,也少量使用芳綸纖維,在國內聚酯纖維的應用最廣泛。


下一代的汽車空調系統制冷劑會采用二氧化碳。二氧化碳是環保性優異的制冷劑,但作為空調系統制冷劑需要在超臨界條件下使用,從而對膠管提出了更高的耐溫、耐壓和耐滲透要求。使用對位芳綸纖維作為增強層材料是一種很好的選擇,目前國內外的膠管生產企業已經對此技術進行研究。


5、渦輪增壓膠管


通常渦輪增壓膠管可分為高溫段膠管和通過中冷器后的低溫段膠管。其中高溫段膠管的使用溫度較高,通??蛇_到210 ℃ ,普通的增強層材料(如聚酯纖維和尼龍纖維)根本無法承受如此高溫。


帝人芳綸公司的Twaron? 系列和Technora?系列芳綸紗線、杜邦公司的Kevlar?系列芳綸紗線等可長期耐受高溫環境,普遍應用于渦輪增壓膠管。


6、燃油膠管


汽車燃油膠管包括燃油輸送膠管和給發動機供應燃料的膠管,是重要的安全部件,對材料的性能要求也較多。


傳統的燃油膠管使用內膠層-增強層-外膠層的結構,膠層與膠層之間采用纏繞或編織工藝加入纖維增強層。燃油膠管的最高使用 溫度可達到130 ℃。因此,很多燃油膠管 采用耐高溫性能好和伸長率小的芳綸纖維增強層。


7、進排氣系統軟管


把空氣或混合氣導入發動機氣缸的零部件集合體稱為發動機進氣系統。汽車排氣系統主要是排放發動機工作所排出的廢氣,同時使排出的廢氣污染減小,噪音減小。


在汽車用膠管中,許多通用橡膠已不能適應不斷提高的性能和環保要求,一些特種橡膠如硅橡膠、氟橡膠、乙烯-乙酸乙酯共聚物、氫化丁腈橡膠等愈來愈多地被采用;具有防滲透性的熱塑性塑料作為一種額外層加入膠管結構中;芳酰胺纖維也開始應用于汽車用膠管中。


汽車管路.jpg



目前,汽車燃油膠管所面臨的難題已不僅僅是酸性汽油對丁腈橡膠的腐蝕作用,而主要是空氣污染和大氣臭氧層破壞的問題。


另一方面,汽車電子化從根本上改變了制動系統、助力轉向系統等汽車系統的結構,削減了汽車膠管的用量,同時新能源汽車對整車結構的改變也刪減了很多原有的需要膠管的結構。


汽車非金屬材料的種類很多,包括塑料、橡膠、彈性體、發泡材料、紡織面料等,在汽車上的應用領域非常廣,常見于內外裝飾護板、座椅面料、頂棚地毯、發動機艙周邊附件等等,當前非金屬主要朝著高性能化、環?;?、輕量化三個方向發展,實現其在整車上的兩大主要作用:一是裝飾性作用,通過內外飾的精致、豪華及環保來實現整車品味提升,一個是功能性作用,隨著材料/工藝的技術發展,不斷擴展非金屬的應用領域,使其能應用于更惡劣的工況下,實現了傳統材料的替代,如金屬、橡膠以及不同塑料間的替代。


在輕量化方面,則主要是從非金屬的塑料替代鋼材、橡膠或塑料,以及非金屬新的工藝和結構等方面進行研究。我們的輕量化研究領域非常廣泛,從熱塑性材料、發泡材料、彈性體材料到碳纖維材料都有研究。


聚酰胺纖維增強材料的特點就是強度高、耐熱性好、沖擊性好,是綜合性能均衡的主要以塑代鋼材料,它大量應用于高溫或者強度要求較高等惡劣工況下,如進氣歧管、氣門室罩蓋、節溫器、空氣管路等發動機周邊零件,及油門踏板、換檔器骨架等,都在廣泛應用尼龍材料。


當然,高性能工程塑料(PA、PPA、PPS等)仍主要應用于更惡劣的發動機周邊附件。在發動機周邊管類零件里,聚酰胺材料可替代金屬、橡膠,應用于空氣管路、冷卻管路等零件。同時由于管的減震、耐油要求,耐熱性較好的彈性體材料應用也越來越多,常見聚酰胺PA11、硫化聚烯彈性體(TPV)、聚醚酯彈性體(TPEE)和聚酰胺彈性體(TPA)。這樣的塑料替代傳統的金屬管和橡膠管可實現減重百分之十到百分之四十,同時它采用更快捷的擠出、吹塑、注塑工藝,生產效率遠高于金屬管和橡膠管,設計自由度也很好。目前應用的領域主要是在于燃油管、機油冷卻管、空氣管路等。


聚酰胺材料高強度、高耐熱性,使其在發動機的進氣管、缸蓋罩以及周邊的鏈條張緊器、氣門室罩蓋、節氣閥上有很多塑代鋼的應用。塑料進氣歧管和缸蓋罩已較為普及,除可實現更好的減重效果外,還在于其優異的功能集成度,如塑料缸蓋罩可集成油氣分離功能,塑料可變進氣歧管大大提升發動機進氣效率。


從國內供應商方面來說,在實現材料密度更小、更耐久、更耐熱、尺寸穩定性更好等性能上進行持續創新,來實現材料本身的升級換代,以及生產工藝上的效率提升、節能化及新工藝的引入等方面,來實現產品品質更佳、成本更低。


從主機廠方面來說,我們研究程度還較淺,主要精力仍放在了材料應用上,側重材料信息調研,以及應用技術可行性分析。在材料性能數據以及其對產品性能影響上還沒有系統性地技術積累,因此對產品設計及性能保證的支持力度還較小。


當然,前沿性材料工藝的引入對主機廠來說是有系統性的影響,它不僅僅是一種簡單材料和工藝的替代,還需要與產品設計、性能進行掛鉤,局部零件的新材料應用不能只考慮它在局部性能的改進,還要把它放在整車性能的框架下去考慮它的性能是否能滿足整車的性能要求(安全、NVH等),這可以說是輕量化材料工藝進行減重的前提。


進氣軟管.png


浙江心源科技有限公司生產的UPAE?尼龍彈性體,是通過尼龍硬段與聚醚/聚酯軟段嵌段聚合而成的第三代工程熱塑性彈性體。具有獨一無二的全方位性能:強韌、彈性、輕質、柔韌兼而有之,是高檔運動器材、醫療器材、汽車工業、電子器材等不可缺少的材料。


在汽車工業中,軟管方面的應用性能優異柔韌性好;抗扭曲;彎曲性能好;可承受較大的負載;耐磨損;耐高壓;剛性好;耐老化;耐多種化學品(酸、潤滑油、冷卻液等)。



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