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橡胶/轮胎 |
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氟硅橡胶及其在涡轮增压器软管中的应用 |
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作者：道康宁公司 Igor Chorvath |
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由于燃料价格在短期内的上涨和有限的全球石油供应造成的长期威胁，汽车行业为了解决这些问题，在改善涡轮增压柴油发动机等传统技术方面取得了重大进展。
长期以来，人们认为柴油发动机的优势是，它比无铅燃料具有更高的燃油效率，而劣势是噪音大和舒适性差。在过去10年中，需求的增长推动了柴油发动机部件技术的提高，特别是在用于涡轮增压器和气-气热交换器（常被称为增压空气冷却器，又称中冷器）的弹性软管领域。
软管在高温环境下的性能受成本因素的影响。涡轮增压器软管是汽车发动机中要求最苛刻、成本最高的软管之一。软管成本高是因为软管的设计需要大量的软管层，此外，为保证液体的正常流动所需的弹性体的成本也较高。
涡轮增压器软管
涡轮增压器软管一般使用VMQ有机硅橡胶，并配以含氟弹性体衬里（FVMQ含氟有机硅或FKM碳氟化合物）。为了能够承受高温下的压力和振动，可使用单层或多层耐高温纤维（比如芳纶纤维），以提高软管的整体性能。
在下图中，软管1是涡轮增压器（TC）的“低温侧”；软管2是TC的“高温侧”，采用VMQ外层，FVMQ衬里；软管3则是导入冷空气的真空软管（从面罩进入歧管）。
应用道康宁VMQ和FVMQ产品
制造的涡轮增压器软管
对用于涡轮增压器软管的氟硅橡胶的要求日益苛刻，而在应对这一挑战方面也取得了重大进展。本文将围绕着涡轮增压器软管展开，使我们更多地了解氟硅橡胶在其它需要耐油、耐溶剂以及耐燃料的应用中卓越的弹性和其它相关性能。
许多以前使用AEM等丙烯酸橡胶的软管已经改为使用有机硅橡胶，以使胶管在更高温度下保持稳定的性能。这样就相应地需要采用含氟弹性体衬里，以提供必要的耐油性能。
在多数情况下，在软管结构中采用芳纶纤维以保持软管的形状和提供相应的强度；有机硅橡胶用以保护纤维层并使软管具有弹性，能耐受极高的温度。对于在涡轮增压器软管中使用的有机硅橡胶，采用单组分高密度橡胶（HCR）。通常用压延机将橡胶和纤维贴合在一起，从而得到生产软管的半成品材料。由于连续处于170℃以上的温度条件，软管的中层和外层通常采用二甲基 -乙烯基硅橡胶（VMQ）。在选择含氟弹性体衬里时，生产商和/或终端用户不得不选择氟硅橡胶（FVMQ）或氟橡胶（FKM）。 
2001福特*Excursion系列，7.3升的
PowerStroke V8柴油发动机
氟硅橡胶软管特性
由于软管衬里直接接触排放的废气，因此需要具备耐高温、耐油、耐燃油、各层之间的粘接力、加工特性（压延和/或共挤出）等性能。
◆ 耐高温特性
由于含氟弹性体衬里需要承受与HCR层相似的温度，因而需要耐高温特性。一般最基本的要求是在200 ℃下老化7天之后，硬度、拉伸强度和扯断伸长率都不会发生大的变化。多数标准测试都是将材料置于高温条件下恒温一定时间，然后再测试其物理特性。通常都是等材料恢复室温后，再测试其物理特性。
◆ 耐油性
涡轮增压器软管衬里需要具备的一个关键性能就是在与高温机油长时间接触后仍然保持稳定的性能。基本要求是，衬里必须能够成为阻隔层，防止机油渗入软管的中层和外层。现代机油的发展趋势是采用全合成级机油，内含具有卓越防腐性并能延长使用寿命的添加剂。这些添加剂包括：烷基二硫代磷酸锌、烷基或芳基改性胺和烷基苯酚。因此对橡胶的耐油性要求越来越苛刻。
◆ 耐燃油性
虽然软管衬里材料还需具有耐汽油燃料性，但这一性能的重要程度大大低于耐机油性。一般要求进行Fuel C浸泡测试，许多氟硅橡胶材料在测试中都能取得满意的结果。
◆ 层间粘接
除良好的耐机油性以外，各层之间的粘接力是含氟弹性体软管衬里的另一项重要指标。软管的完整性不仅依赖于较好的初始粘接强度，还依赖于在高温、机油和工作震动/振动的影响下，其粘接强度的保持能力。
在典型的粘接测试中，需要将未经硫化的HCR和FSR薄片贴合起来。然后再将这一复合材料在适度的压力下进行加压硫化，再将其切割成标准样条，进行剥离测试，以定量测定两层材料之间的粘接强度。一般会用一小片塑料薄膜垫在两种材料之间，开始剥离的一侧，以便拉力机的夹持器能够夹住材料两端。
◆ 工艺特性
我们可以考虑衬里的硬度、生胶强度等，这些特性与其在压延机和/或共挤出工艺中的加工性能关系甚密。
氟硅橡胶的性能范围较宽，适于采用压延和挤出进行生产。硬度范围从很低的20 Shore A直到80 Shore A。这使其在针对特定的工艺特点而选取合适的材料时具有极大的灵活性。选用合适的配方能够得到生胶强度适当的材料，以最大程度地降低在进行挤出时软管的塌陷。
将HCR和FSR材料作为软管的两层结合使用的一个重要优势是，两者的硫化速度非常相近。这对于各层之间的粘接来说非常重要，因为完全的粘接是在两层材料共硫化的过程中实现的。如果硫化速度不相同，粘接则会在其中一层材料尚未完全硫化时形成。这将降低两层材料紧密接触和相互渗透的可能性。另外，HCR和FSR的硬度可以非常接近，也会促进两层材料的相互渗透。
结论
判断某个解决方案的总体价值，应考虑技术性能和总的产品使用寿命成本。在原材料选择和产品生产的过程中，客户和FVMQ供应商之间应当紧密协作。正确地选择合适的氟硅橡胶材料需要具有热稳定添加剂、增量填料和粘接促进剂技术领域的配方专业技术。只有掌握了这些领域的配方专业技术，才会开发出能在经历干热和高温机油老化后，仍能最大程度地保持其物理性能的材料。总之，FVMQ具有耐高温和耐高温机油的特性，具有很好的性价比。这些经过优化的FVMQ材料具有巨大的潜力，可以满足对涡轮增压系统部件的性能和数量不断增长的需求。
国际橡胶商情(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/2/2006) |
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