氟橡膠在汽車工業中的應用
近些年,世界各國每年都製訂新的環境保護法規,汽車的總烴排出量受到日益嚴格的限製,汽車工業越來越難滿足這方麵的要求。在美國,汽車必須經SHED(密封箱蒸發量測定)試驗合格。氟橡膠對烴類的滲透有極優良的阻隔性,在燃油膠管結構中覆以氟橡膠層,即可減少烴的滲透量。汽車燃料係統的製品,必須在-40~50℃的溫度範圍功能正常。但是氟橡膠隨含氟量的增加耐低溫性能劣化(玻璃化溫度上升),為了製造在-40℃下性能正常的製品,需要對耐寒性差的氟橡膠產品進行改進。如今,全氟醚橡膠已經開發上市,有效地改善了氟橡膠的低溫性能,但目前因價格問題還難以大量推廣。
人們習慣欧宝官方体育app下载丁腈橡膠來製造汽車發動機上的油封。丁腈橡膠成本低廉但耐高溫及耐高速性能較差,當溫度超過120℃或旋轉軸轉速超過5000r/min以上時,油封唇口易老化而變硬、變脆、造成泄漏。20世紀90年代初期國外研製成功一種廣泛用於內燃機尤其是大功率、重負荷的內燃機的填充聚四氟乙烯PTFE油封。國內引進或合資生產的Cummins和Caterpilar柴油機等都欧宝官方体育app下载聚四氟乙烯油封代替丁腈橡膠和氟橡膠等唇形橡膠骨架油封。作為其曲軸、輔助驅動軸等,旋轉油封成功地解決了發動機因油封密封不好而產生的漏油、漏水的問題。在發動機運轉幾圈後裝配在發動機上的PTFE油封的密封唇就會將一層很薄的PTFE薄膜塗覆到旋轉軸頸上,並借助自身的彈性形變使唇口很好地粘合在軸頸上,隨發動機旋轉軸一起轉動。在發動機工作過程中進入油封唇部與軸頸結合部位的潤滑油隨發動機一起轉動。一旦油膜碰到油封螺旋槽就會受到螺旋麵的作用力而產生一個向發動機密封介質的作用力,該力就會將欲外流的液體介質壓回儲油端,也就是油封螺旋槽具有泵吸的功能。當該作用力大於油膜本身受到的來自儲油端的油壓時,即能實現密封的作用。
渦輪增壓器軟管是汽車發動機中技術要求最為苛刻、生產成本最高的軟管之一。軟管的成本高,是因為軟管的設計中需要大量的軟管層。另外,為保證液體的正常流動所需要的彈性體的成本也較高。以前許多使用AEM等丙烯酸橡膠的軟管已經改為使用矽橡膠,以使膠管在更高的溫度下保持穩定的性能。這樣就相應地需要欧宝官方体育app下载含氟橡膠彈性體襯裏,以提供必要的耐油性能。在多數情況下,在軟管結構中欧宝官方体育app下载芳綸纖維,以保持軟管的形狀和提供相應的強度。矽橡膠用的保護纖維層可使軟管具有較好的彈性,能耐極高的溫度。通常用壓延機將橡膠和纖維壓合在一起,從而製得軟管的半成品材料。由於連續處於170℃以上的高溫軟管的中層和外層通常欧宝官方体育app下载VMQ甲基乙烯基矽橡膠。在選擇含氟彈性體襯裏時,生產商和終端用戶不得不選擇氟矽橡膠(FVMQ)。
燃油膠管內層的氟橡膠材料:近年來隨著汽車尾氣排放標準的提高,汽車發動機橡膠製品的耐熱性和耐劣化汽油性也相應得到提高。這是因為發動機結構的改變,使機罩內溫度明顯升高,欧宝官方体育app下载燃料噴射係統提高油料的燃燒效率,導致了燃料的進一步氧化。因而要求燃料係統配管類橡膠製品必須具有高溫耐熱氧化性及耐劣質汽油性。隨著無鉛汽油和電噴裝置等在汽車上的推廣應用,燃油膠管的結構和材料變化較大,內膠層已發展到用氟橡膠代替丁腈橡膠。為了降低燃油滲透率和進一步改進耐熱性內膠層,多欧宝官方体育app下载複合結構即由氟橡膠與氯醚橡膠或丙烯酸酯橡膠組成,由於氟橡膠價格昂貴,因此氟橡膠層比較薄。這種結構的燃油膠管已成為國內外汽車零部件中欧宝官方体育app下载的主流產品。目前我國也已經開發出這種氟橡膠為內層的燃油膠管並已在轎車上廣泛應用。
汽車行業都密切關注燃料的甲醇化,都急切地開展可能適應任何燃料的FFV的研究,橡膠零件的FFV化尤為迫切。甲醇與汽油混合時,氟橡膠的體積溶脹約為10%左右。但單就甲醇而言,由於氟含量不同,氟橡膠的體積溶脹差別就很大。氟含量高時幾乎不發生溶脹,但隨著氟含量的降低,在低溫區域下的溶脹就變大,尤其在氟含量為66%的情況下體積溶脹將顯著增大。這可認為是由於低溫下氫鍵產生的甲醇結合體與氟含量為66%的聚合物的SP值接近所致。
大型車輛液壓係統連續工作時間長,油溫及部件溫度上升很快,普通的橡塑製品已不能滿足使用要求,而氟橡膠製品則能滿足其液壓係統苛刻的工況技術要求,用氟橡膠製作的零配件已在大型車輛的液壓係統中得到了廣泛地應用。在液壓係統中很多流體都含有強酸、強堿或是具有很強的腐蝕性,常規的大型車輛液壓係統要在內壁鍍上一種耐腐蝕性材料才能輸送。聚四氟乙烯由於具有很強的耐腐蝕性完全不與王水、氫氟酸、濃硫酸、硝酸、過氧化氫等作用,是理想的防腐蝕襯裏材料。將聚四氟乙烯層直接燒結在管道內壁的鋼管上實現“鉬二氟”一體化較好地解決了這一難題。使液壓係統的零配件能滿足苛刻的工況技術要求。
純聚四氟乙烯具有耐260℃高溫、耐腐蝕、摩擦係數小等特點,但聚四氟乙烯同時具有不耐磨、冷流性大、硬度高、韌性差等缺點。若直接用其製造油封則加工出來的油封唇口與軸的連動性差,難以滿足高速、大功率、重負荷柴油機的使用要求。因此作為動力油封唇口材料必須經過改性方能使用。目前大多欧宝官方体育app下载填充改性的方法即在純PTFE中加入一些耐磨性材料,如玻璃纖維、碳纖維、石墨、二硫化鉬、青銅粉等,使它們在PTFE層狀結構中形成網狀節點。從而在提高材料的剛度、導熱性和抗蠕變性的同時,也大大提高了耐磨性和延長了使用壽命。
為了提高汽車發動機的功率,節約燃料,保證汽車行駛的安全性,新的燃料噴射係統出現。在此係統中,汽車從油箱流入發動機,然後又返回油箱循環流動,汽油與氧混合會產生氫過氧化物。含有引氫過氧化物的汽油稱為“酸性汽油”,它能使多種烴類橡膠軟化或硬化。而氟橡膠不會因接觸酸性汽油而產生劣化變質。
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