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汽車用橡膠軟管的性能檢驗
閱讀：5477發(fā)布時間：2010-6-1
在汽車中膠管用來傳輸各種液體和氣體，包括燃油,，潤滑油,，制冷劑和水等。膠管安裝在汽車中要長期經(jīng)受行駛條件下的各種環(huán)境因素的影響,。為了生產(chǎn)和開發(fā)出滿足實際使用要求的膠管產(chǎn)品,，正確評價和檢測膠管的使用性能必然成為一項十分重要的工作。
一,、各類汽車膠管的性能要求
汽車膠管必須具有一定的梃性和柔性,，一定的耐高低溫、壓力,、天候,、輸送液體及機械振動的能力,。汽車膠管可分為燃油膠管,，空調(diào)膠管，制動膠管,，冷卻管,，動力轉向管和空氣輸送管等，不同用途的膠管又有一些不同要求,，表1是各類膠管的性能要求和常用的一些檢測方法,。
| 膠管 類型 | 標準號 | 主要檢測項目 | ||
| 制動管 | ISO3996 GB/T7127 | 液壓試驗縮頸試驗容積膨脹試驗爆破壓力試驗制動液相溶試驗曲撓疲勞試驗拔脫試驗吸水試驗低溫彎曲試驗動態(tài)臭氧試驗高溫脈沖試驗鹽霧試驗 | ||
| 冷卻管 | HG/T2491（WSE-M96D34） | 粘合強度爆破壓力外徑變化脆性溫度臭氧老化熱老化（耐冷卻液充冷卻液老化后的爆破壓力彎曲試驗低溫柔性壓縮*變形脈沖強度電化學腐蝕） | ||
| 空調(diào)管 | ISO8066 GB/T20025 | 制冷劑泄漏和滲透試驗老化試驗低溫曲撓試驗真空試驗靜壓長度變化試驗爆破壓力 R134a抽出試驗耐R134a試驗耐臭氧清潔度脈沖試驗濕氣進入試驗整體密封性壓變 | ||
| 燃油管 | ISO4639 GB/T10542 HG/T3665 HG/T3666 | 耐液體（C液體含氧燃油氧化燃油 3號油）氣密性爆破壓力粘著強度 C液體抽出后臭氧試驗低溫曲撓清潔度和萃取物燃油滲透真空試驗膠管拉伸*變形和撕裂含氧燃油長期循環(huán)試驗耐燃性加速老化銅片沉積 | ||
| 動力轉 向管 | ISO11425 | 脈沖試驗爆破壓力液壓長度變化試驗低溫曲撓粘合強度耐臭氧容積膨脹清潔度接頭腐蝕耐液性振動疲勞 | ||
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二、膠管材料性能的檢驗方法
常用的膠管的材料性能的試驗有拉伸性能,，硬度,，撕裂強度，粘著強度,，耐液體性能,，空氣老化，壓縮*變形和拉伸*變形,，臭氧老化,，低溫性能，金屬腐蝕性和滲透性等，通常內(nèi)膠要按耐熱性和耐傳輸液體的能力選擇,，而外層膠需耐熱,，耐臭氧及與內(nèi)膠粘著性能好。這些試驗一般用試片進行,，主要用作產(chǎn)品的質(zhì)量控制,。由于其硫化條件與膠管實際硫化條件不同，因此對材料的評價常常規(guī)定要從膠管上制備試樣,，而且在進行材料的耐久性評價時,，應從經(jīng)過一定條件下存放或使用后的膠管上裁取試樣進行。由于膠管使用條件的特殊性,，選用的這些常規(guī)物性試驗也有不同于其他橡膠制品的地方,，如常進行拉伸*變形測量，作為一種器壁材料常需進行滲透性試驗,，由于和金屬管接頭接觸需進行金屬腐蝕試驗等,。
膠管多用來輸送各種液體，所以耐液體試驗是一項重要的材料試驗項目,，耐液體試驗常用商用液體進行,，因為它和使用條件接近，但由于波動性大,，試驗結果可比性差,，所以提倡用標準或參考液體進行試驗。
常用的標準或參考液體有以下幾類：
1）參考燃油：用異辛烷和甲苯配制,，甲苯越多,，芳香烴含量越高，溶脹效果就越大,。常用的C液體的異辛烷和甲苯的配比為50/50,，可產(chǎn)生車用高芳香汽油的效果。液體 B C D 模擬各類膨脹效果的商用汽油,，F為標準柴油,，由直鏈烷烴和甲基萘組成，膨脹效果低于B,。有的標準用90/10的3號油/對二甲苯做標準柴油,。另外G H I K是四種含醇的燃油（含氧燃油），由不同比例的異辛烷,、甲苯,、甲醇、乙醇,、二異丁烯和水配置而成,，德國的FAM-1和FAM-2就是類似的參考燃油,。而標準的氧化燃油就是加入叔丁基過氧化氫，過氧化指數(shù)為90的參考燃油,。
2）標準礦物油：高粘度的石油基油品,，其苯胺點越高，溶脹能力越低,。1號標準油的苯胺點zui高,，是一種低體積增量油，可模擬高粘度潤滑油,。2號油苯胺點居中,，是一種中體積增量油。3號油苯胺點zui低,，是高體積增量油,，可模擬液壓油。新增的IRM902和IRM903,，分別和2號3號油接近,。
3）工作液體：實際使用的液體常包含許多化學添加劑，比如機油中就是基礎油中加入了5~25%添加劑,，所以提出了3種有代表性的工作液體,，即101模擬二酯型潤滑油，102為1號標準油加5%的烴類防腐劑,，用來模擬某種高液壓油,，103模擬飛機使用的磷酸酯液壓油。用50/50的乙二醇/水混合液能產(chǎn)生發(fā)動機冷卻液的效果,，用不同比例的水乙醇和增濕劑配置的玻璃洗滌液也可算作一種工作液體,。
三、常用的膠管檢驗方法
三、常用的膠管檢驗方法
許多國家的橡膠通用試驗標準都規(guī)定了一套檢驗各類橡膠管使用可靠性的方法,，另在一些產(chǎn)品標準中也有不少試驗方法逐漸被廣泛采用,。這些方法有：
1. 膠管尺寸測量 內(nèi)徑外徑增強層外徑壁厚同心度內(nèi)外層膠厚組合件內(nèi)徑,，新的國標和ISO增加了長度和測量點標志,，規(guī)定了無管接頭和有各種管接頭的膠管長度的測量方法。
2. 液壓試驗
—驗證壓力試驗：檢驗軟管和組合件在驗證壓力下持續(xù)30s-60s是否產(chǎn)生泄漏,，變形和破壞,。
—承壓變形試驗：在規(guī)定的壓力（工作壓力驗證壓力或其他低于驗證壓力的壓力）下保持1分鐘，測量膠管的長度和外徑變化及扭轉角度和彎曲,。
—爆破壓力試驗：測定在規(guī)定的升壓速度下,，膠管發(fā)生爆破時的壓力。
—泄漏試驗：在zui小爆破壓力的70%的靜壓下保存5min,，反復一次,，檢查是否泄漏或破壞。由于試驗往往用水，與實際使用液體的粘度不同,，常溫下測定的爆破壓力和泄漏壓力可能稍低,。
（通常膠管設計的工作壓力就是可供使用的zui大壓力，為了驗證膠管牢固性進行的非破壞性試驗的壓力叫驗證壓力,，通常為工作壓力的1.5—2倍,，膠管產(chǎn)生爆破時的壓力稱爆破壓力，為工作壓力的3—10倍,。）
3. 低溫曲撓試驗
—低溫剛性：膠管夾持在直徑為膠管內(nèi)徑12倍的扭轉輪上,，在低溫下停放6小時后，在12s內(nèi)扭轉180°時測得的扭矩與標準溫度下測得的扭矩的比,。
—低溫彎曲：膠管夾持在直徑為膠管內(nèi)徑12倍的扭轉輪上,，在低溫下停放24小時后，在10s內(nèi)扭轉180°,，檢查內(nèi)外膠是否脆裂和破壞,。
測量膠管低溫脆性zui簡單的試驗是將試樣在低溫下彎曲90°，或將一段膠管冷凍后壓縮1/2看是否脆裂,，還有一種方法是用一定重量的重錘自由下落,，沖擊試樣看試樣是否脆裂。
4. 彎曲試驗 將膠管彎曲到一定程度后測量彎曲部分的zui小外徑和彎曲前的外徑的比,，鋼球通過能力和在管內(nèi)加壓時的彎曲力,。
5. 吸扁試驗 在1min內(nèi)抽真空，保持10min后,，用直徑為膠管內(nèi)徑0.9倍的鋼球滾過,，檢查膠管塌陷程度。有的標準采用測量膠管外徑變化率來表示膠管變形程度,。
6. 層間粘合強度試驗 汽車膠管多為直徑小于50mm的編織軟管,，試驗常用寬10mm或25mm長條試樣，也有采用寬25mm的圓環(huán),，呈90°剝離,，拉伸速度為25mm/min。
7. 液體壁透試驗
—在常壓下,，將膠管和充裝一定液體的容器相連并密封容器管口,，水平放置試驗裝置，然后定期稱量由于液體通過膠管向外滲透造成的整個試驗裝置的質(zhì)量變化,，從而求出液體的滲透速度,。
—在試驗液體上施加50kPa的氣壓，在一定時間后卸壓,，測量液體減少的體積,。
空調(diào)管制冷劑的滲透速度的測量原理基本相同,，只是制冷劑的充注方法復雜些，并要同時進行一個未充注液體的基準試樣試驗,。
8. 容積膨脹試驗 膠管在傳輸液體的壓力作用下不應產(chǎn)生明顯的容積變化,，測量容積膨脹的方法是將膠管連接到一液壓源上，另一端和一測量膠管膨脹后液體體積的量管相連,。將膠管中壓力升高到試驗壓力使膠管膨脹,，然后關閉液壓源，打開與量管相連的閥門,，這時容積膨脹部分的液體上升到量管中,，即可測量出膨脹的容積。
9. 清潔度和萃取試驗 對燃油膠管常用C液體注入膠管,，停放24h后倒空,，并用C液體清洗內(nèi)壁。收集注入和沖洗的C液體,，將不溶性雜質(zhì)過濾出來,，干燥稱重得出不溶性雜質(zhì)的重量，以單位膠管內(nèi)表面積上雜質(zhì)的數(shù)量或雜質(zhì)的zui大尺寸表示清潔度,；將濾得的溶液蒸發(fā),、干燥、稱重得出可溶物質(zhì)重量,。再用甲醇從上述濾液蒸發(fā)干燥所得物中萃取臘狀物,，將所得甲醇萃取液蒸發(fā)干燥，稱得臘狀物重量,。
10. 鹽霧試驗 將軟管組合件放在35℃ 5%氯化鈉水溶液形成的鹽霧中,，持續(xù)24h后，檢查管接頭金屬是否被腐蝕,。
（插入力和拔脫力耐燃性和導電性耐磨性和污染性等）
四,、膠管的耐久性試驗
膠管的耐久性試驗可反映膠管的實際使用性能和使用壽命，主要的方法有：
1. 熱空氣老化 將膠管放在烘箱中,，經(jīng)一定時間后測定老化后膠管各項性能的變化,，或將膠管纏繞在一圓筒上，在烘箱中老化一段時間后取出拉直,，看是否產(chǎn)生裂紋,。
2. 封入介質(zhì)的老化試驗 由于介質(zhì)流過膠管的內(nèi)部會使橡膠及其中的添加劑，增強織物以及粘合層都會發(fā)生化學變化,，只用熱空氣老化或疲勞試驗作為耐久性評價是不充分的，的是按實際使用狀況長時間進行液壓脈沖和循環(huán)介質(zhì)來考查老化性能,，但對大量的膠管試驗,，一般是通過在膠管中封入介質(zhì)進行老化后來檢驗膠管的性能,，如物理性能，耐壓性能,，低溫性能和真空性能等的變化,。在燃油膠管的有關標準中還規(guī)定了在60℃溫度下用含氧燃油在膠管中循環(huán)1000h后，測定膠管的吸扁性,，彎曲性,，耐臭氧性，爆破壓力,，粘合強度和低溫曲撓性的方法,。
3．氣候循環(huán)條件下的老化試驗 循環(huán)老化是一種多參數(shù)，模擬實際使用條件的加速老化試驗方法,，可以使用現(xiàn)有設備,，按順序重復循環(huán)進行各單項老化試驗，也可采用多因素,，人工模擬的加速老化試驗箱進行,，這些因素包括氧，熱,，臭氧,，紫外光，濕氣和其他液體以及動態(tài)拉伸等,。已有標準規(guī)定按一定的程序循環(huán)改變溫度濕度等條件進行加速老化,，然后測定膠管的外觀（如噴霜和裂紋）和各項性能變化。
4．疲勞壽命試驗 汽車膠管使用時,，要經(jīng)受機械振動,，外界環(huán)境和內(nèi)部介質(zhì)的長期作用，模擬這些條件的疲勞壽命試驗可分以下三類：
—回轉疲勞試驗 將一組膠管的兩端分別安裝在相互平行的非動和可動水平桿上,，可動桿的兩端與一轉盤相連,，裝盤以800r/min的轉速帶動膠管的一端在垂直方向作圓形回轉，封住可動端的接頭,，非動端與液壓源相連,，施加一定的壓力，記錄產(chǎn)生泄漏和破壞的時間,。
—無曲撓液壓脈沖試驗 將試樣彎曲90°或180°,，按膠管使用狀況施加介質(zhì)壓力，脈沖頻率,，液體溫度和環(huán)境溫度,，直到規(guī)定的脈沖循環(huán)次數(shù)或直到出現(xiàn)泄漏和破壞，記錄是否破壞或出現(xiàn)故障的次數(shù),。
—伴隨曲撓振動的液壓脈沖試驗 在施加脈沖壓力的同時伴隨周期曲撓,，包括適于橡膠塑料軟管組合件的曲撓液壓脈沖試驗（半Ω試驗）和適于鋼絲增強的橡膠塑料軟管組合件的曲撓液壓脈沖試驗,，兩者的差別是活動的管端的安裝方向不同。
液壓脈沖試驗通常是在150%的工作壓力下進行的,。用這種方法評價膠管及組合件的耐久性時,，還可根據(jù)需要設定各種復雜的溫度和壓力的變化程序來進行試驗。
5．膠管臭氧老化試驗 靜態(tài)拉伸條件下的試驗一般是將膠管裁成長條試樣拉伸20%或彎成圓環(huán),，或將膠管固定在能使膠管拉伸120%的圓柱上,，也可直接將膠管彎成半圓環(huán)，繞在直徑為膠管內(nèi)徑120%的芯軸上,，在一定的臭氧濃度下,，經(jīng)過一定的時間后，觀察膠管的龜裂情況,。在大氣中進行的表面龜裂試驗是一種低濃度臭氧試驗,，方法與此類似。在制動軟管的試驗中,，設計了一種動態(tài)條件下的膠管耐臭氧試驗,，膠管的一端固定，另一端以0.3Hz的頻率相對固定端運動,，一定時間后檢查膠管龜裂情況,。
（通常試驗選用的臭氧濃度為25~200pphm。橡膠耐臭氧能力可分三個等級：50~500pphm 天然膠,，丁腈膠,，丁苯膠，順丁膠和異戊膠,。
1000~2000pphm 氯丁膠和丁基膠,。
10000pphm以上乙丙膠，氯磺化聚乙烯,，氯醇膠,，聚氨酯，硅橡膠和氟橡膠,。
膠管常用膠料僅*類是值得關注的）
五,、膠管性能檢測的新課題
隨著汽車技術的進步，開發(fā)適用橡膠材料的工作對汽車膠管性能的檢測會不斷提出一些新的課題（1）：
1. 汽車內(nèi)環(huán)境的改變,。如發(fā)動機艙變窄,，渦輪增壓器和電噴裝置的使用，動力轉向系統(tǒng)采用高壓泵,，都使膠管耐受的溫度和壓力升高,。由于液體粘度和橡膠的粘彈性會隨溫度變化，需要測定不同溫度下的泄漏壓力和爆破壓力；在較高溫度和壓力下,，液體的滲透性會急速升高,，需要進行高溫和受壓條件的滲透試驗,；還有些標準也增加了在高低溫下測定吸扁性能和彎曲性能的項目,。
2. 新型液體介質(zhì)的使用。許多實際使用的液體常常采用許多化學添加劑來提高其性能,，比如汽油中的清潔劑就是一種胺類化合物,，對氟橡膠的影響很大，因此注意添加劑對耐液體試驗結果的影響,，選擇合適的試驗液體進行試驗,，對保證試驗結果的可靠性是很重要的。在高溫下,，冷凍劑中的金屬防腐劑與軟管材料中被抽出的化學物質(zhì)反應生成的沉淀物會堵塞發(fā)動機和散熱器毛細管道,，同時由于金屬連接件和EPDM膠料中炭黑之間發(fā)生的電化學腐蝕會使膠管產(chǎn)生裂紋，采用新型冷卻液必須研究其成分對橡膠材料的影響,。在一些冷卻水管的產(chǎn)品標準中已規(guī)定要進行電化學腐蝕試驗,，和進行冷卻液萃取物成分的分析（2）。
3. 環(huán)保要求,。補償無鉛汽油辛烷值降低的辦法是使用含氧燃油和氧化燃油,，氧化燃油中過氧化氫對橡膠性能的影響很大，研究這種影響需掌握配置和使用氧化燃油進行試驗的技術,?？照{(diào)中使用新型制冷劑R134a，要求在溫度和壓力都提高的條件下進行耐R134a（四氟乙烷）和潤滑劑聚二醇PAG的試驗,，并測定其滲透率,。膠管內(nèi)部輸送液體向外滲透和膠管內(nèi)化學物質(zhì)被液體抽出也是環(huán)境評價的重要內(nèi)容，所以許多產(chǎn)品要進行滲透試驗,，清潔度測定和燃油抽出物（或耐久性試驗回收的產(chǎn)物）數(shù)量和成分的分析以及觀察燃油中不溶物質(zhì)在銅片上的沉積,。
六、膠管熱壽命的推算（3）
安全是現(xiàn)代汽車要解決的首要問題,，一些部件必須定期更換,，如燃油管和制動管，這就要求對購進的橡膠部件的儲存期和使用壽命進行評估,。
熱化學反應決定的橡膠材料的壽命tC隨溫度的變化可用以下直線方程表示（4）：
lgtC=a+b/T
a=lg（1/AlnP0/PC）） b=Ulge/R P0為老化前的性能,，PC為性能臨界值，U為活化能,，A和R為常數(shù),，用試驗的方法確定系數(shù)a和b后就可推算材料和制品的壽命。
1．確定膠管失效模式,，特性參數(shù)和臨界值,。膠管失效通常是因破裂,，脫落和泄漏，如果膠管是在內(nèi)部壓力下管壁破裂產(chǎn)生泄漏而失效時,，可選擇與耐壓性相關的膠管物理性能參數(shù),，如增強織物的強度或膠管的強度，爆破壓力等,，分析確定這些特性參數(shù)的臨界值Pc,，如產(chǎn)品技術規(guī)范規(guī)定的zui小爆破壓力，zui小拉伸強度等,。
2．確定不同溫度下達到性能臨界值的時間,。至少在三個溫度條件下，進行不同時間的性能測試,，劃出性能變化的動力學曲線（圖1）,，建立合適的曲線或直線方程后，代入特性臨界值求出相應的壽命tC,，簡單的方法是在圖上通過臨界值劃一條與時間平行的直線與各動力學曲線相交,，求出各溫度下達到性能臨界值的時間t1 t2 t3。
3．繪制lgt~1/T曲線,。用回歸分析的方法求出推算壽命的直線方程中的系數(shù)a和b,，也可用作圖法畫出壽命~1/T曲線（圖2）。
4．確定實車條件下的等效溫度,。由于在實車條件下的受熱環(huán)境會隨行駛狀態(tài)和季節(jié)等因素的影響,，按以上方程推算膠管壽命時需將波動的溫度環(huán)境轉換為等效溫度，等效溫度就是在一定期間內(nèi)受到波動溫度環(huán)境影響時產(chǎn)品的壽命和在恒定溫度下的壽命相同的溫度,。等效溫度要按照模擬實際行使條件溫度波動環(huán)境,，用所謂Minor法則來計算。
5．推算膠管熱壽命,。用推算熱壽命的直線方程或在壽命~1/T曲線上按模擬實際行駛條件下的等效溫度求得壽命,。
以上推算的基礎是假定膠管壽命是由熱化學反應引起的老化變質(zhì)決定的，并且要正確選定的失效模型和特性參數(shù),。
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