氟硅橡膠及其在渦輪增壓器軟管中的應(yīng)用

1、氟硅橡膠及其在渦輪增壓器軟管中的應(yīng)用    由于燃料價(jià)格在短期內(nèi)的上漲和有限的全球石油供應(yīng)造成的長(zhǎng)期威脅，汽車行業(yè)為了解決這些問(wèn)題，在改善渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等傳統(tǒng)技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展。 長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)是，它比無(wú)鉛燃料具有更高的燃油效率，而劣勢(shì)是噪音大和舒適性差。在過(guò)去10年中，需求的增長(zhǎng)推動(dòng)了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)部件技術(shù)的提高，特別是在用于渦輪增壓器和氣-氣熱交換器（常被稱為增壓空氣冷卻器，又稱中冷器）的彈性軟管領(lǐng)域。軟管在高溫環(huán)境下的性能受成本因素的影響。渦輪增壓器軟管是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中要求最苛刻、成本最高的軟管之一。軟管成本高是因?yàn)檐浌艿脑O(shè)計(jì)

2、需要大量的軟管層，此外，為保證液體的正常流動(dòng)所需的彈性體的成本也較高。 渦輪增壓器軟管 渦輪增壓器軟管一般使用VMQ有機(jī)硅橡膠，并配以含氟彈性體襯里（FVMQ含氟有機(jī)硅或FKM碳氟化合物）。為了能夠承受高溫下的壓力和振動(dòng)，可使用單層或多層耐高溫纖維（比如芳綸纖維），以提高軟管的整體性能。 在下圖中，軟管1是渦輪增壓器（TC）的“低溫側(cè)”；軟管2是TC的“高溫側(cè)”，采用VMQ外層，F(xiàn)VMQ襯里；軟管3則是導(dǎo)入冷空氣的真空軟管（從面罩進(jìn)入歧管）。應(yīng)用道康寧VMQ和FVMQ產(chǎn)品制造的渦輪增壓器軟管對(duì)用于渦輪增壓器軟管的氟硅橡膠的要求日益苛刻，而在應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)方面也取得了重大進(jìn)展。本文將圍繞著渦輪增壓

3、器軟管展開(kāi)，使我們更多地了解氟硅橡膠在其它需要耐油、耐溶劑以及耐燃料的應(yīng)用中卓越的彈性和其它相關(guān)性能。 許多以前使用AEM等丙烯酸橡膠的軟管已經(jīng)改為使用有機(jī)硅橡膠，以使膠管在更高溫度下保持穩(wěn)定的性能。這樣就相應(yīng)地需要采用含氟彈性體襯里，以提供必要的耐油性能。 在多數(shù)情況下，在軟管結(jié)構(gòu)中采用芳綸纖維以保持軟管的形狀和提供相應(yīng)的強(qiáng)度；有機(jī)硅橡膠用以保護(hù)纖維層并使軟管具有彈性，能耐受極高的溫度。對(duì)于在渦輪增壓器軟管中使用的有機(jī)硅橡膠，采用單組分高密度橡膠（HCR）。通常用壓延機(jī)將橡膠和纖維貼合在一起，從而得到生產(chǎn)軟管的半成品材料。由于連續(xù)處于170以上的溫度條件，軟管的中層和外層通常采用二甲基 -乙

4、烯基硅橡膠（VMQ）。在選擇含氟彈性體襯里時(shí)，生產(chǎn)商和/或終端用戶不得不選擇氟硅橡膠（FVMQ）或氟橡膠（FKM）。 2001福特*Excursion系列，7.3升的 PowerStroke V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氟硅橡膠軟管特性 由于軟管襯里直接接觸排放的廢氣，因此需要具備耐高溫、耐油、耐燃油、各層之間的粘接力、加工特性（壓延和/或共擠出）等性能。 耐高溫特性 由于含氟彈性體襯里需要承受與HCR層相似的溫度，因而需要耐高溫特性。一般最基本的要求是在200 下老化7天之后，硬度、拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率都不會(huì)發(fā)生大的變化。多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試都是將材料置于高溫條件下恒溫一定時(shí)間，然后再測(cè)試其物理特性。通常都是等材

5、料恢復(fù)室溫后，再測(cè)試其物理特性。 耐油性 渦輪增壓器軟管襯里需要具備的一個(gè)關(guān)鍵性能就是在與高溫機(jī)油長(zhǎng)時(shí)間接觸后仍然保持穩(wěn)定的性能?；疽笫牵r里必須能夠成為阻隔層，防止機(jī)油滲入軟管的中層和外層?，F(xiàn)代機(jī)油的發(fā)展趨勢(shì)是采用全合成級(jí)機(jī)油，內(nèi)含具有卓越防腐性并能延長(zhǎng)使用壽命的添加劑。這些添加劑包括：烷基二硫代磷酸鋅、烷基或芳基改性胺和烷基苯酚。因此對(duì)橡膠的耐油性要求越來(lái)越苛刻。 耐燃油性 雖然軟管襯里材料還需具有耐汽油燃料性，但這一性能的重要程度大大低于耐機(jī)油性。一般要求進(jìn)行Fuel C浸泡測(cè)試，許多氟硅橡膠材料在測(cè)試中都能取得滿意的結(jié)果。 層間粘接 除良好的耐機(jī)油性以外，各層之間的粘接力是含氟彈性

6、體軟管襯里的另一項(xiàng)重要指標(biāo)。軟管的完整性不僅依賴于較好的初始粘接強(qiáng)度，還依賴于在高溫、機(jī)油和工作震動(dòng)/振動(dòng)的影響下，其粘接強(qiáng)度的保持能力。 在典型的粘接測(cè)試中，需要將未經(jīng)硫化的HCR和FSR薄片貼合起來(lái)。然后再將這一復(fù)合材料在適度的壓力下進(jìn)行加壓硫化，再將其切割成標(biāo)準(zhǔn)樣條，進(jìn)行剝離測(cè)試，以定量測(cè)定兩層材料之間的粘接強(qiáng)度。一般會(huì)用一小片塑料薄膜墊在兩種材料之間，開(kāi)始剝離的一側(cè)，以便拉力機(jī)的夾持器能夠夾住材料兩端。 工藝特性 我們可以考慮襯里的硬度、生膠強(qiáng)度等，這些特性與其在壓延機(jī)和/或共擠出工藝中的加工性能關(guān)系甚密。氟硅橡膠的性能范圍較寬，適于采用壓延和擠出進(jìn)行生產(chǎn)。硬度范圍從很低的20 Sho

7、re A直到80 Shore A。這使其在針對(duì)特定的工藝特點(diǎn)而選取合適的材料時(shí)具有極大的靈活性。選用合適的配方能夠得到生膠強(qiáng)度適當(dāng)?shù)牟牧?，以最大程度地降低在進(jìn)行擠出時(shí)軟管的塌陷。 將HCR和FSR材料作為軟管的兩層結(jié)合使用的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是，兩者的硫化速度非常相近。這對(duì)于各層之間的粘接來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)橥耆恼辰邮窃趦蓪硬牧瞎擦蚧倪^(guò)程中實(shí)現(xiàn)的。如果硫化速度不相同，粘接則會(huì)在其中一層材料尚未完全硫化時(shí)形成。這將降低兩層材料緊密接觸和相互滲透的可能性。另外，HCR和FSR的硬度可以非常接近，也會(huì)促進(jìn)兩層材料的相互滲透。 結(jié)論 判斷某個(gè)解決方案的總體價(jià)值，應(yīng)考慮技術(shù)性能和總的產(chǎn)品使用壽命成本。在原材料選擇和產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程中，客戶和FVMQ供應(yīng)商之間應(yīng)當(dāng)緊密協(xié)作。正確地選擇合適的氟硅橡膠材料需要具有熱穩(wěn)定添加劑、增量填料和粘接促進(jìn)劑技術(shù)領(lǐng)域的配方專業(yè)技術(shù)。只有掌握了這些領(lǐng)域的配方專業(yè)技術(shù)，才會(huì)開(kāi)發(fā)出能在經(jīng)