空调系统密封材料的选择

作者：派克汉尼汾公司 Don Bowman

欢迎访问e展厅 展厅 5 密封件展厅 油封, 骨架油封, 石墨填料环, 汽封, 轴封, ... 为汽车空调系统选择合适的软管接头密封材料，以适应HFO-1234yf制冷剂的应用。 2011年，美国环保署（EPA）正式批准用HFO（氢氟烯烃）-1234yf制冷剂取代目前用于汽车空调系统中的HFC（氢氯氟化碳）-134a制冷剂。HFO-1234yf制冷剂的全球变暖潜值（GWP）比其替代的产品低335倍。日本和欧洲已经先行通过了在汽车空调系统中使用该制冷剂的相关法规。这些举动表明HFO-1234yf将很有可能成为新的环保型制冷剂的全球标准。 HFO-1234yf制冷剂由霍尼韦尔和杜邦两家公司联手开发，经过了大量的核查与检验，以确保该产品不仅要具备一定的环保性能，还可以满足汽车行业在毒性、易燃性、系统性能、耐久性以及材料兼容性等方面的苛刻要求。 在承认HFO-1234yf制冷剂与当前汽车系统技术可以兼容的同时，美国环保署在向汽车服务业推行这种制冷剂的时候却明确指出：“HFO-1234yf制冷剂系统部件不能用使用其他制冷剂的系统上的部件替换，也不能采用从事故车辆中拆卸下来的部件。” 对汽车OEM和售后服务供应商来说，汽车空调中用于不同接头上的合成橡胶密封件是他们所担心的众多系统零部件中比较重要的一个。密封性能的一个关键特性在于渗透性，以及在新的制冷剂化学性的作用下与渗透有关的很可能出现的材料兼容性问题。 影响因素 目前，汽车空调系统中大多数管路接头密封材料都是基于三元乙丙橡胶（EPDM）及氢化丁腈橡胶（HNBR）的化合物。因为对大多数密封系统来说，用于汽车空调系统的密封材料的选择是在对多种性能指标进行精确评估后所作出的妥协。汽车管路密封若要发挥应用的效果，需要具备以下特性： - 在制冷剂环境中的抗渗透性 - 在制冷剂及润滑剂环境中的抗分解性 - 抗高温性（与运行系统及其周围环境相关） - 系统内的抗压缩形变性（当暴露在油液及高温环境中时） 应该指出的是，OEM也要针对以上提到的各个关键因素对密封材料展开与渗透性相关的同样严格的测试和评估。 这对具体某个空调系统选择最佳的密封材料来说是必不可少的工作。一些密封件制造商拥有大量的实验及测试设备，它们对汽车应用了如指掌。与这些制造商合作可以确保所选的空调密封件能够最好地平衡系统所有相关的性能指标。 抗渗透性测试 在确定制冷剂在密封接头处的损失率时需要考虑两种泄漏方式：径向泄漏及渗透。径向泄漏出现在密封件与其接触的部件之间，而渗透则是穿过橡胶材料本身发生的泄漏。而相关的设计参数则是指密封件抵抗油液穿过聚合物内部结构的抗渗透能力。 为了研究及比较不同密封材料在系统采用新的HFO-1234yf制冷剂情况下的抗渗透性能，派克密封集团（Parker Seal Group）采用了称重测试方法。针对由不同EPDM和HNBR聚合物制成的薄膜，在不同温度下测量了蒸气的传递速度（见表格）。 此外，为了使测试环境更加接近真实的制冷剂工作条件，还加入了Nippondenso ND-8润滑剂对材料进行进一步的测试。ND-8是空调系统中用的较多的一种润滑剂。 派克在此次测试中采用的工具最初是在上个世纪90年代当HFC-134a制冷剂被汽车市场采用时为测试密封件与该制冷剂兼容性时特地开发的。在持续的温度下，每隔几天对测试部件进行承重，计算重量的变化。 由派克开发的这种测试方法只是受到测试部件本身尺寸及强度的限制，由于强度有限，无法实现HFO-1234hf制冷剂工作环境下的高压条件。有趣的是，此前在人们还没有开始担忧臭氧层被破坏之前，汽车行业使用的制冷剂在低温下表现最佳，也使氯丁二烯化合物成为上个实际90年代之前最主要的密封原材料。而之后环保型制冷剂的采用对系统的温度要求越来越高，也促使汽车OEM开始转而使用HNBR及EPDM基化合物。 开始测试 测试用的工具在开发时总重量被限制在200g左右。该装置包含一个小的制冷剂贮存缸，带有一个渗透盖。渗透盖由铝合金制成，上面有50个小孔，在盖子的凹陷部分用钢丝网罩起来。圆形的密封材料薄片盖在渗透盖的孔上。储存罐与膜之间用一个O型密封圈密封起来。 作为参照，其中一个装置采用无孔的盖子，阻止制冷剂渗透到O型圈和薄膜的边缘上。这样可以使薄膜接触制冷剂的区域在直径上与O型圈内侧基本一样。该装置约可以贮存30mL的液体，不过在实验中仅用了一部分，装了HFO-1234yf制冷剂。 测试装置放置于恒温箱中，温度比室温稍高。结束后，装置迅速从恒温箱中取出，然后用分析天平进行称重。重量精确到0.0001g。然后分不同的时段再放进恒温箱，之后再拿出来，每次都进行称重。在略高于室温的温度下经过几次的称重后，测试装置最后会放置于室温下进行称重测量，时间维持26周。部分装置还会采取相同的方式和步骤在更高的温度下进行测试。 测试结果 随着整个汽车工业朝着混合动力及纯电动汽车方向前进，空调系统的性能表现也变得愈发重要，汽车OEM希望借助这些系统来提升车辆的乘驾舒适度的同时，还希望其可以维持安全的车辆运行温度。 在派克公司采用其测试方法对八个不同的测试样品进行测试后，他们发现所有材料的渗透率都会随着温度的提升而大幅地上升，估计是由于蒸气压力上升导致的。考虑到HFO-1234yf制冷剂所需的较高工作温度，完全可以想象密封件的渗透性能对为适应这种新的环保型制冷剂而设计的汽车空调系统来说越来越关键。 虽然EPDM化合物的抗渗透性能在添加ND-8润滑剂的情况下会得到一定程度的提升，但是究竟采用怎样的润滑剂，而EPDM密封性能又可以提升多少等问题还需要进一步的测试才能够得到确认。HNBR和EPDM化合物都展现了对空调系统有利的特性。用于汽车环境中的密封材料的选择最终将是一种妥协的结果，需要对多种性能因素包括抗渗透性进行仔细的评估。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/15/2013)