氟硅橡膠及其在渦輪增壓器軟管中的應用

1、氟硅橡膠及其在渦輪增壓器軟管中的應用    由于燃料價格在短期內的上漲和有限的全球石油供應造成的長期威脅，汽車行業(yè)為了解決這些問題，在改善渦輪增壓柴油發(fā)動機等傳統(tǒng)技術方面取得了重大進展。 長期以來，人們認為柴油發(fā)動機的優(yōu)勢是，它比無鉛燃料具有更高的燃油效率，而劣勢是噪音大和舒適性差。在過去10年中，需求的增長推動了柴油發(fā)動機部件技術的提高，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)動機中要求最苛刻、成本最高的軟管之一。軟管成本高是因為軟管的設計

2、需要大量的軟管層，此外，為保證液體的正常流動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有機硅橡膠，并配以含氟彈性體襯里（FVMQ含氟有機硅或FKM碳氟化合物）。為了能夠承受高溫下的壓力和振動，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”；軟管2是TC的“高溫側”，采用VMQ外層，FVMQ襯里；軟管3則是導入冷空氣的真空軟管（從面罩進入歧管）。應用道康寧VMQ和FVMQ產品制造的渦輪增壓器軟管對用于渦輪增壓器軟管的氟硅橡膠的要求日益苛刻，而在應對這一挑戰(zhàn)方面也取得了重大進展。本文將圍繞著渦輪增壓

3、器軟管展開，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用中卓越的彈性和其它相關性能。 許多以前使用AEM等丙烯酸橡膠的軟管已經改為使用有機硅橡膠，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。 在多數情況下，在軟管結構中采用芳綸纖維以保持軟管的形狀和提供相應的強度；有機硅橡膠用以保護纖維層并使軟管具有彈性，能耐受極高的溫度。對于在渦輪增壓器軟管中使用的有機硅橡膠，采用單組分高密度橡膠（HCR）。通常用壓延機將橡膠和纖維貼合在一起，從而得到生產軟管的半成品材料。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，生產商和/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)動機氟硅橡膠軟管特性 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、拉伸強度和扯斷伸長率都不會發(fā)生大的變化。多數標準測試都是將材料置于高溫條件下恒溫一定時間，然后再測試其物理特性。通常都是等材

5、料恢復室溫后，再測試其物理特性。 耐油性 渦輪增壓器軟管襯里需要具備的一個關鍵性能就是在與高溫機油長時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，防止機油滲入軟管的中層和外層?，F代機油的發(fā)展趨勢是采用全合成級機油，內含具有卓越防腐性并能延長使用壽命的添加劑。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。因此對橡膠的耐油性要求越來越苛刻。 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油性。一般要求進行Fuel C浸泡測試，許多氟硅橡膠材料在測試中都能取得滿意的結果。 層間粘接 除良好的耐機油性以外，各層之間的粘接力是含氟彈性

6、體軟管襯里的另一項重要指標。軟管的完整性不僅依賴于較好的初始粘接強度，還依賴于在高溫、機油和工作震動/振動的影響下，其粘接強度的保持能力。 在典型的粘接測試中，需要將未經硫化的HCR和FSR薄片貼合起來。然后再將這一復合材料在適度的壓力下進行加壓硫化，再將其切割成標準樣條，進行剝離測試，以定量測定兩層材料之間的粘接強度。一般會用一小片塑料薄膜墊在兩種材料之間，開始剝離的一側，以便拉力機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、生膠強度等，這些特性與其在壓延機和/或共擠出工藝中的加工性能關系甚密。氟硅橡膠的性能范圍較寬，適于采用壓延和擠出進行生產。硬度范圍從很低的20 Sho

7、re A直到80 Shore A。這使其在針對特定的工藝特點而選取合適的材料時具有極大的靈活性。選用合適的配方能夠得到生膠強度適當的材料，以最大程度地降低在進行擠出時軟管的塌陷。 將HCR和FSR材料作為軟管的兩層結合使用的一個重要優(yōu)勢是，兩者的硫化速度非常相近。這對于各層之間的粘接來說非常重要，因為完全的粘接是在兩層材料共硫化的過程中實現的。如果硫化速度不相同，粘接則會在其中一層材料尚未完全硫化時形成。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，也會促進兩層材料的相互滲透。 結論 判斷某個解決方案的總體價值，應考慮技術性能和總的產品使用壽命成本。在原材料選擇和產品生產的過程中，客戶和FVMQ供應商之間應當緊密協(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劑技術領域的配方專業(yè)技術。只有掌握了這些領域的配方專業(yè)技術，才會開發(fā)出能在經