汽车胶管在汽车底盘、发动机和车身三大系统中起着输送油、气、水及传递动力的作用,是汽车的重要零部件。汽车胶管主要有制动软管、空调器管、散热器管、燃料油管、动力转向管、输油管、液压管、异型胶管等。主体材料一般采用丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、氯化聚乙烯(CPE)、氯磺化聚乙烯(CSM)、二元乙丙橡胶(EPDM)、氯醚橡胶和氢化丁腈橡胶(HNBR)及它们的并用胶,骨架材料一般为维纶、聚酯帘线等。成型工艺多为硬芯法、软芯法和无芯法3种。
车用橡胶连接软管类别和特点
汽车上的橡胶连接软管大致可以分为低压软管、耐高压软管和耐油软管三大类。软管的结构虽然各不相同,但大致都由内胶层、增强层和外胶层等三个基本部分组成。内胶层是软管接触介质的工作层,起着密封介质、保护增强层的作用。增强层是软管承受压力的部分,同时还给整个软管以必要的刚度和强度。外胶层是软管的保护层。
1.低压软管有散热器连接软管、制动放气软管。对低压软管的机械性能要求不高。
2.耐高压软管有制动系统、液压系统连接软管。耐高压软管的增强层采用编织胶管和缠绕胶管,要求耐高压软管的耐压、耐油、耐挠曲性好,在低温下无裂纹,耐振动,膨胀性小。内胶层必须均匀、表面平整,不得有气孔;增强层应紧紧缚住内胶层;外胶层同样要紧贴增强层,使之不受损伤。两端的金属接头螺纹应紧紧地嵌在胶面中。
3.耐油软管有汽油、柴油、润滑油软管。耐油软管有良好的耐油性,且在工作压力下能持久使用。
车用主要胶管的功用与使用要求
1.散热器胶管
汽车散热器胶管是连接汽车发动机与散热器之间的柔性管路,是汽车关键部位中的关键部件之一。随着汽车工业的飞速发展,尤其汽车向节能和低污染方向发展,近年来发动机舱温度提升了15~50℃,整车性能的不断提高,对汽车使用的橡胶软管提出了更高的技术要求,胶管必须经受发动机周围的高温考验,适应野外极高温和极低温的条件使用,市场需求量也相应不断扩大。因此原来采用硫磺硫化体系生产的散热器胶管逐渐被用过氧化氢体系生产产品所替代,主要采用的材料为三元乙丙橡胶。
2.冷却液软管
作为柔性的管道连接,冷却液软管广泛应用于汽车的压力蓄能器及辅助热交换器。为了保证冷却液顺畅地流经进入歧管和阀体的需要,冷却液软管采用了奇形怪状的树形多分支子通道结构。冷却液软管不仅要满足功能、结构尺寸及性能等的要求,还必须保证与布置极其复杂、紧凑的发动机室完全适配。姑且不谈设计的影响,发动机的高温辐射和油液浸泡也能够使冷却液软管外部逐渐老化。但是无论怎样,其最常见的老化还是由里向外进行的。所以,当外部出现微小的针眼时,就表明了其软管内部已经发生严重腐蚀。该损耗槽是电化学腐蚀作用的结果,也是冷却系统微型电池效应的自然现象。空气中的氧是导致该化学反应发生的主要因素之一,因而改进冷却系统的加注工艺能够有效避免此类故障事故的发生。
当冷却液发生实质性泄漏时,故障自然一目了然。然而问题的关键是在不拆卸软管的前提下,如何诊断其内部发生的腐蚀情况。如下的方法能够快速准确地发现即将报废的冷却液软管:用手揉捏软管,特别是散热器上部、旁路、歧管、阀体和加热器的软管,而其连接端部更是重中之重。如果揉捏处有明显发软或缺乏弹性的手感(相对于其他部位),则表明该处软管发生了严重腐蚀。如果此时该车的行驶里程较低,建议检验其冷却系统的电压。检验时,电压表的负极与电池的接地极相连;正极插入冷却液中(不可接触到任何金属部件)。如果电压读数在0.3V以上,则需要对整车的接地极进行全面系统的检查。同时,应确保没有辅助接地极与散热器支架相连。对于软管子通道来说,即使只有一个支路发生泄漏,明智的做法也应该是更换整个冷却液软管,否则只会事倍功半、因小失大。虽然大多数软管可以进行无扭结的柔性安装,但是由于成型模制软管更适合于紧凑安装空间的需要,所以几乎所有的软管还是采用了成型模制工艺。
冷却液软管的OEM卡箍通常采用弹性卡环结构。弹性卡环使软管内部产生压缩永久变形,进而实现具有均匀持续压力的更为紧固的连接。但是,当软管连接端部发生沟缝或变形时,OEM弹性卡环的密封性能就不如优质的维修用卡箍了。维修用卡箍主要有可以持续调整压紧力的塑料收缩卡环和具有永久张力的卡圈或板簧的涡轮副卡箍。其中涡轮副卡箝能够在圆周360°方向上产生均匀的压力,并通过压紧产生的压缩永久变形来保证紧固连接的可靠性。性能优越的软管卡箍不仅可以防止冷却液的泄漏,而且还能够大大减少发动机冷却过程中吸入的空气量。
3.自动变速器冷却液软管
许多自动变速器冷却管路中包含有一部分橡胶软管。其流路相当复杂,让人眼花缭乱,难以分辨。一旦它们发生泄漏,势必导致变速器总成发生故障,并且在此期间,车载预警系统不会作出任何提示,即自动变速器没有安装冷却液泄漏传感器。
4.空调胶管
随着新型环保致冷剂R134a的应用,空调胶管的结构和材料变化很大,内胶层采用树脂和氯化丁基橡胶和三元乙丙橡胶的结构成为空调胶管的最佳组合。汽车空调系统制冷剂用HFC-134a代替CFC—12。由于日—134a渗透性降低,尼龙和水的渗透性降低,胶管内层胶高丙烯腈NBR/CR并用胶被IIR替代。
5.真空管
现今的排放控制技术能够对混合气浓度进行实时的监控和补偿,甚至当真空管发生泄漏时仍能够维持排放测试系统的正常工作。但是如果真空管长期抱病工作,肯定会引发驾乘者对行车舒适性降低的抱怨。真空管位于复杂紧凑的动力总成部件之间,使得本来十分简单的外观检验都很难进行,更不用提深入腹地的实地考察了。由于真空管邻近(或搁在)排气歧管和气缸顶部,有潜在的危险。另外,真空管从废气再循环装置EGR的输入信号管附近通过,并沿着发动机罩后经电池组下方通过,这些区域既有锋利的薄铁边角,又有电池酸液泄漏的可能,所以真空管极易损坏。
6.制动胶管
由于免保轿车出现、制动流体工作环境温度的提高和高沸点制动流体的使用,目前制动胶管内胶层有采用三元乙丙橡胶替代丁苯橡胶趋势,国外制动胶管内外胶层多为三元乙丙橡胶,增强层使用聚酯、聚乙烯醇或人造丝纤维等。内胶层可以用耐压聚酰胺,外胶层使用氯磺化聚乙烯。动力转向胶管,目前胶管内外层材料正由丁腈橡胶和氯丁橡胶向氢化丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、丙烯酸酯橡胶转变,增强层采用尼龙66为主。涡轮增压器胶管最大要求就是具有良好耐热性能,目前国外涡轮增压胶管采用全橡胶结构,即内胶层由氟橡胶和耐热性好的硅橡胶组成,增强层用高强度芳酰胺纤维针织组成,外胶层采用硅橡胶。
车用胶管的材料
胶管材料根据耐臭氧、耐酸性汽油、低渗透、耐热性等要求程度,按照成本性能的平衡原则,进行材料的变换和选择。但是相应的高燃烧压力、低渗透、制冷剂、无级变速器(CVT)诸问题将成为今后的重大技术课题,与其配套的材料选择和组合技术正在开发。例如,燃油胶管内胶层已发展到用氟橡胶、氯醇橡胶或丙烯酸酯橡胶代替丁腈橡胶,以降低燃油渗透率和进一步改进耐热性能。动力操纵胶管(PS)原来的内层是NBR,外层是CR,但为了改善耐热性能,低压一侧采用ACM,高压侧采用最内层的HNBR,其使用寿命提高了4~5倍。防止地球温室效应京都会议(COP—3)提出要全部废除HFC,可以预见,今后制冷剂还要变更,橡胶材料也将随之变更。
目前,我国汽车胶管的生产仍处于发展的初级阶段,规模、品质、品种、能级和系列化配套能力都与市场需求相差甚远。就能级而言,我国还不能够大量生产中、高档轿车胶管,只能配套低档胶管,像防抱制动系统、空调系统和转向系统等胶管则仍需要依赖进口。具体地讲,我国汽车胶管需要重点开发的品种主要有:耐新型燃料油胶管,薄壁纺织胶管,多通道异形胶管,动力转向胶管,高性能制动管,耐新型制冷剂软管,耐臭氧、耐油、耐热型胶管。减小制动管、离合器管、压缩空气胶管的噪声也是胶管行业的研究重点。
软管质量的检验
内胶层是软管接触介质的工作层,长期受输送介质的浸泡、腐蚀、摩擦,同时还起着密封介质、保护增强层的作用。为满足工作的需要,要求内胶层有一定的厚度,能耐温、耐腐蚀、耐摩擦,同时还要有一定的气密性、柔韧性和强度等。增强层是软管承受压力的部分,还给整个软管以必要的刚度和强度。软管外胶层是软管的保护层,由于与外界环境接触,不仅要求其耐磨,有一定的厚度,还要求有一定的耐侵蚀性和耐老化性。
汽车工常用的低压软管有散热器连接软管、制动放气软管等。对它的机械性能要求不高。在选配时,主要检查其外观尺寸,外观应无脱层、塑孔、起泡、皱折、裂纹、凹痕、扭曲、壁厚不匀等。必要时,可做散热器连接软管的热老化试验。
汽车制动系统、液压系统所用连接软管,是事关安全行驶及安全操作的配件,尤其要求其耐高压、耐油。因此,软管的增强层采用编织胶管和缠绕胶管。另外,还要求软管耐挠曲性好,在严寒低温下无裂纹、耐振动、膨胀性小。要求内胶层必须均匀、表面平整,不得有气孔;增强层紧紧缚住内胶层;外胶层同样要紧贴增强层,使之不受损伤。两端的金属接头螺纹紧紧地嵌在胶面中。除需检查耐高压软管的外观尺寸外,使用前还要逐根进行耐压试验。
凡是输送油类的软管,都必须具有耐油性。在工作压力下能持续使用;外观尺寸应符合规定,软管接头的螺纹应无损坏,避免拧紧后漏油。
汽车胶管是近年来最受关注的市场,也是最大的胶管市场。据不完全统计,目前中国生产汽车胶管的厂家有40多家,其中外资企业15家,占1/3左右,占具着大部分配套市场。有资料显示,2006年新车用胶管需求量约为1.3亿m,加上汽车维修用胶管,总需求量约为1.6亿m左右。到2010年,汽车产量将达900万辆左右,汽车保有量将达5000万辆以上,届时新车胶管需求量将在1.8亿m左右,维修用胶管需求量在5000万m以上,汽车胶管总需求量将达2.3亿m。据预测,“十一五”期间是汽车零部件高速发展时期,对汽车胶管也不例外,将会有广阔的发展前景。