1、文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持新型高性能骨架材料在汽車膠管中的應用鄭海波陳晉陽（安徽中鼎密封件股份有限公司寧國242300）摘要：用于汽車膠管增強的骨架材料有很多種，如棉纖維、滌綸纖維、維綸纖維、尼龍纖維等等。隨著汽車工業的發展，對膠管的耐溫、耐壓及耐久性能提出了更高的要求，上述這些纖維的性能已不能適應汽車工業發展的需要，因此新型高性能纖維材料在汽車膠管產品中的應用將會越來越廣泛。本文主要介紹了新型高性能纖維材料芳綸纖維的性能特點及其作為骨架材料在汽車膠管中的應用。關鍵詞：芳綸纖維汽車膠管針織編織纏繞一纖維骨架材料在國內汽車膠管中的應用現狀在汽車上要裝配多種多

2、樣的膠管，如燃料管、加熱器管、散熱器管、動力轉向管、渦輪增壓器膠管等等，用來完成燃料、水、氣等的輸送及動力傳遞。每輛車大約需用70m膠管。由于是用于汽車中，使用條件苛刻，性能要求高，組裝要方便，質量要求也越來越高。近些年來，國內膠管企業通過引進技術與自行開發，研制生產了一批適應汽車使用要求的不同類型膠管，如空調管、液壓制動管、水箱膠管、氟樹酯低滲油管等。這些膠管的生產，逐步改變了以前全部依賴進口的局面，實現了部分膠管產品的國產化。但由于受傳統膠管制造方法及原材料選擇范圍小的條件制約，國內膠管企業目前所使用的增強骨架材料仍以滌綸纖維及錦綸纖維為主，其中滌綸纖維使用最為廣泛。國內滌綸纖維制造廠現已

3、具備了從原絲生產到后道加捻、熱穩定、浸膠等一整套完整的工藝技術。錦綸纖維由于其濕熱收縮大的缺陷，使其在膠管中的應用受到一定的限制，國內所生產的錦綸纖維濕熱收縮率更大，因此不能在汽車膠管產品中得到廣泛應用，目前部分使用錦綸纖維的膠管企業，仍以進口為主。用滌綸纖維和錦綸纖維增強的膠管，受纖維本身的強度及耐熱性低的限制，使得膠管的耐壓能力、耐熱及耐久性能大打折扣，不能為中高檔轎車配套。尤其是汽車中的動力轉向管這類使用壓力較高的膠管，采用滌綸和錦綸增強纖維就不能達耐壓要求。為了順應國內汽車工業的發展，近幾年來，國內膠管生產企業紛紛尋求并引進了高強度的芳綸纖維作為膠管骨架增強材料，芳綸纖維以其獨有的高強

4、度，高模量、高耐溫及優異的耐久性能，迅速在汽車膠管中得到廣泛應用。二汽車膠管用纖維骨架材料的特點及要求膠管的硫化方式有飽和蒸汽直接硫化法、熱烘道硫化法、微波連續硫化法、鹽浴硫化法等多種硫化方法，但對于具有復雜空間形狀的異型汽車膠管，硫化工藝仍然是采用傳統的飽和蒸汽直接硫化，因為硫化時膠管直接接觸蒸汽，因此對于增強層的纖維有特殊要求，要求纖維在高溫、高壓及水蒸汽同時作用下，纖維不能降解且收縮率不能過大，否則膠管的耐壓性能達不到設計要求，收縮率過大則膠管的外觀差且尺寸不易控制。根據汽車用異型膠管的制造工藝特點及產品的使用工況，作為膠管的增強纖維材料必須具備以下特點：1.具有足夠高的強度，以滿足膠管

5、產品的耐壓要求。2.耐疲勞性好，提高異型膠管耐疲勞性能與纖維材料本身的耐疲勞程度有較大的關系。3.伸長率低，以減小膠管在承壓狀態下的徑向膨脹。4.高溫穩定性好，滿足直接蒸汽硫化的工藝要求。5.容易與橡膠粘合，使膠管的整體結構緊密，提高耐久性能。國內現有的常用纖維材料中，都不能同時滿足以上幾個性能要求。目前汽車膠管主要使用的增強材料滌綸和錦綸纖維，由于其在強度、伸長率及高溫穩定性方面的缺陷，使得這種膠管產品無法在中高檔汽車上使用。國外新型纖維骨架材料芳綸纖維，正好能同時滿足以上大部分性能要求，因而使得其在汽車膠管產品中迅速得到廣泛應用。三芳綸纖維的種類及性能特點芳綸纖維全稱為"芳香族聚

6、酰胺纖維"，英文為Aramidfiber。芳綸主要品種有聚間苯二甲酰間苯二胺纖維（間位芳香胺纖維）和聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（對位芳香胺纖維）兩種，它是由美國杜邦（DuPont）公司20世紀60年代成功地開發出來并率先產業化，在此后30多年的時間里，芳綸纖維走過了由軍用戰略物資向民用物資過渡的歷程。現在國外芳綸無論是研發水平還是規模化生產都日趨成熟。在芳綸纖維生產領域，對位芳酰胺纖維發展最快，產能主要集中在日本和美國、歐洲。如美國杜邦的Kevlar纖維，荷蘭阿克蘇諾貝爾（AkzoNobel）公司（已與日本帝人合并）的Twaron纖維，帝人公司的Technora纖維及俄羅斯的Terlo

7、n纖維等。間位芳酰胺纖維的品種有Nomex、Conex、Fenelon纖維等。美國的杜邦是芳綸開發的先驅，他們無論在新產品的研發、生產規摸上，還是在市場占有率上都是世界一流水平，僅他們生產的Kevlar纖維，目前就有Kevlar-49、Kevlar-29等十多個牌號，每個牌號又有數十種規格的產品。用于膠管產品的芳綸纖維主要有Kevlar-29、Kevlar-49和Kevlar-129牌號。芳綸纖維具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸堿、重量輕等優良性能，其強度是鋼絲的7倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的23倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在450的溫度下，不分解，不融化。它具有良好的絕

8、緣性和抗老化性能，具有很長的生命周期。芳綸的發現，被認為是材料界一個非常重要的里程碑。在芳綸纖維家族中，3 文檔收集于互聯網，如有不妥請聯系刪除.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持最具有代表性的是美國杜邦公司生產Nomex和Kevlar。Nomex芳綸（芳綸1313，間位芳酰胺纖維）最早由美國杜邦公司研制成功，并于1967年實現了工業化生產，產品注冊為Nomex?（諾美克斯）。它是一種柔軟潔白、纖細蓬松、富有光澤的纖維，外觀與普通化纖并無二致，卻集眾長于一身擁有超乎尋常的“特異功能”它最突出的特點就是耐高溫性能好，可在220高溫下長期使用而不老化，其電氣性能與機械

9、性能的有效性可保持10年之久，而且尺寸穩定性極佳，在250左右的熱收縮率僅為1%，短時間暴露于300高溫中也不會收縮、脆化、軟化或者融熔，如此高的熱穩定性在目前有機耐溫纖維中是絕無僅有的。Kevlar芳綸（芳綸1414，對位芳酰胺纖維）是美國杜邦公司在上世紀六十年代末研制出另一種高性能合成纖維，其商品于1972年首次問世，定名為Kevlar?（凱芙拉）。它外觀呈金黃色，貌似閃亮的金屬絲線，實際上是由剛性長分子構成的液晶態聚合物。由于其分子鏈沿長度方向高度取向，并且具有極強的鏈間結合力，從而賦予纖維空前的高強度、高模量和耐高溫特性。它的發現被認為是材料界發展的一個的重要里程碑。芳綸1414有極高

10、的強度，大于28克/旦，是鋼材的7倍，模量是鋼材或玻璃纖維的23倍，韌性是鋼材的2倍，而重量僅為鋼材的1/5。Kevlar芳綸的連續使用溫度范圍極寬，在-196至204范圍內可長期正常運行。在150下的收縮率為0，在空氣中的分解溫度約427到482，在氮氣下大約為538分解，它具有良好的絕緣性和抗腐蝕性，生命周期很長，因而贏得“合成鋼絲”的美譽。圖 1 Kevlar 和鋼絲、滌綸、尼龍Nomex 的應力應變曲線圖 3 Kevlar 和鋼絲、滌綸、尼龍在高溫空氣中的初始模量圖 5 不同溫度下Kevlar 的強度與時間的關系由于 Kevlar 比重小，強度高，耐熱性好，并且對橡膠有良好的粘附性，所

11、以成為最理想的汽車膠管增強纖維。四芳綸纖維材料在汽車膠管中的應用形式圖2Kevlar和鋼絲、滌綸、尼龍在高溫空氣中的斷裂強度圖4Kevlar和滌綸、尼龍在180干熱空氣中的熱老化對拉伸強度的影響（拉伸試驗在室溫下進行）并且對橡膠有良好的粘附性，所以成為最理汽車上用膠管有很多種類，有發動機冷卻循環系統膠管、燃油膠管、渦輪增壓器膠管、動力轉向系統用膠管、變速箱油冷管等等。凡在高溫及壓力下使用的膠管，多采用纖維增強方式結構，隨著近幾年國內汽車業的迅猛發展，國外高性能骨架纖維材料已逐步取代了實例。1燃油膠管。此類膠管在汽車中主要分成兩大部分，一部分是油箱加油管（FillInNeckHose），此種膠管

12、裝配于汽車油箱上，使用溫度相對較低，壓力也僅是在加油的過程中承受一定的壓力，但要求膠管對燃油的滲透性要低，因此此類膠管一般采用氟膠為內層膠，厚度為0.20.7mm,在其上復合耐燃油滲透性好的氯醴橡膠（ECO）,厚度為0.51mm,再在其上針織一層芳綸纖維（如圖6）,最外層用氯醴橡膠為復蓋層的結構形式。另一部分是電噴管（FuelInjectionHose），它裝配于發動機倉內，起向發動機內注入燃油的作用，由于此種膠管使用溫度較高，且工作壓力較大，且要求對燃油滲透性低，因此此類膠管內層采用氟膠（FKM）,中層為氯醴橡膠（ECO）與氟膠復合，再加一層芳綸纖維編織層增強（如圖7），最外面用氯醚橡膠包覆

13、。圖6芳綸纖維針織形式圖7芳綸纖維編織形式2動力轉向管。動力轉向管系統中用到三根橡膠管，如圖8，一根連接在轉向液油壺到轉向泵之間，稱為吸油管（SuctionHose）；一根連接在動力轉向泵與轉向器之間，稱為高壓管（HighPressureHose）；另一根連接在轉向器與轉向液壺之間，稱為回油管（Return圖8動力轉向管裝配示意圖Hose）。吸油管的工作壓力較低，一般在0.1MPa左右，但其裝配位置靠近發動機，相對使用溫度較高，現多采用氯磺化聚乙烯橡膠（CSM）中間加Kevlar芳綸編織結構形式。高壓管的工作壓力非常高，最高時達到18MPa,因此采用多層纖維編織或中間夾纖維布的結構形式?；赜凸?/p>

14、的工作壓力在11.5MPa,多采用氯磺化聚乙烯橡膠（CSM）或丙烯酸酯橡膠（AEM、ACM）中間加一層Kevlar芳綸編織結構形式。動力轉向管之所以選用芳綸纖維作為增強層，一方面是因為芳綸的高強度性能可以滿足膠管的耐高壓、高溫及耐久性能，另一方面通過使用高強度芳綸纖維，在保證耐壓的前提下可減少纖維增強層的層數，從而減少膠管的剛性，可以降低膠管產品使用過程中產生的噪音。3發動機冷卻循環系統用膠管。它是發動機夾套和散熱器之間流通冷卻水的軟連接件。由于這類膠管直接裝配在汽車發動機機艙內，且長時間處于壓力脈沖循環的工作條件下，因此要求膠管有較高的耐壓、耐溫及脈沖耐久性能。早期的汽車，發動機機艙內的空間

15、較大，因此對膠管的耐溫性要求不是很苛刻，一般采用硫黃硫化的三元乙丙橡膠（EPDM）加滌綸纖維增強的結構。近年來，車型配置越來越高，且動力越來越大，相對發動機倉的空間變得很狹小，發動機所產生的熱量也越來越大，因此對冷卻循環系統的膠管的耐溫性要求有了大幅提高，因此過氧化物硫化的三元乙丙膠（EPDM）加Kevlar芳綸增強結構的5 文檔收集于互聯網，如有不妥請聯系刪除.文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持膠管逐步取代了硫黃硫化的EPDM和滌綸纖維增強的膠管。由于此類膠管多為異型膠管，且部分需要變徑，為滿足加工工藝的要求，因此此類膠管多采用芳綸針織或纏繞（如圖6或圖9）的結構形

16、式。圖9纏繞結構形式4.渦輪增壓器用CAC硅膠管。渦輪增壓是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入汽缸，進入發動機的空氣的壓力和密度增大了使燃料燃燒更充分，從而提高了發動機的輸出功率。由于渦輪增壓管中通過的是發動機排出的燃燒廢氣，溫度非常高，且有一定的工作壓力，因此此類膠管多是采用耐高溫的硅橡膠（VMQ）或氟硅膠（FVMQ）與Kevlar或Nomex芳綸纖維織成的簾布經過壓延擦膠后，再經過纏繞包布硫化的工藝制成多層芳綸布增強膠管（見圖10）。圖10渦輪增壓用CAC硅膠管五.芳綸纖維作為增強層對膠管的性能的影響芳綸

17、纖維增強膠管與普通纖維增強膠管相比，在耐壓及耐久性能上有很大提高，表1是16X3.5規格的膠管，采用同樣規格的滌綸和芳綸纖維增強膠管耐壓性能的比較：表1芳綸纖維和滌綸纖維對膠管耐壓性能比較試驗項目1000D滌綸纖維12針針織1000DKevlar纖維12針針織爆破壓力（常溫）1.8MPa2.6MPa150cx168h熱老化后爆破壓力1.0MPa2.4MPa脈沖耐久試驗后爆破壓力脈沖條件：試驗壓力：00.24MPa介質溫度：（135-5）C環境溫度:（85+5）C脈沖頻率：1.0±0.5Hz脈沖次數:150000次0.6MPa1.8MPa從以上數據可以看出，采用芳綸增強的膠管在耐壓、耐熱及耐久后的性能明顯提高。下圖為從運行了13年后的汽車散熱器上拆下的芳綸針織管，累計公里數為250000Km,圖11運行13年后的膠管圖12剖面圖（左邊為使用 13年后的膠管,右邊為同類新膠管）在整個運行期間，膠管沒有發生問題或被替換過，剖面顯示膠管也沒有退化現象。只有芳綸纖維增強的汽車膠管才能有如此高的耐用性和可靠性，芳綸纖維特