前 言 隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，能源供給帶動(dòng)著汽車及機(jī)動(dòng)車輛能源市場的不斷擴(kuò)展，與之配套的汽車加油機(jī)膠管在各種汽車及機(jī)動(dòng)車加油機(jī)上被廣泛應(yīng)用。汽車加油機(jī)膠管為輸送常規(guī)石油基燃油用橡膠軟管，其工作過程通過加油機(jī)膠管直接對(duì)汽車加油機(jī)輸送燃油。因此要求加油機(jī)膠管有較好的耐油、耐臭氧、耐天候老化性能，同時(shí)也應(yīng)具有良好的導(dǎo)靜電及阻燃等性能。經(jīng)對(duì)比研究，現(xiàn)將汽車加油機(jī)膠管的設(shè)計(jì)步驟介紹如下。
1 材料與設(shè)備
1.1 主要原材料
丁腈橡膠（SKN-2665E）進(jìn)口俄羅斯產(chǎn)品
氯丁橡膠（3221）重慶長壽化工有限責(zé)任公司
鍍銅鋼絲（Ф0.3mm，2450N/mm2 ）河北衡水鋼絲廠
尼龍水布條（70mm）沈陽合眾布帶廠
1.2 主要設(shè)備
煉膠機(jī) XK-400 上海橡膠機(jī)械廠
壓出機(jī) T型Ф115mm 呼和浩特橡膠機(jī)械廠
鋼絲編織機(jī) G36錠 遼寧盤錦新生機(jī)械廠
合股機(jī) GH-12 遼寧盤錦新生機(jī)械廠
纏解布機(jī) 沈陽制造
硫化罐 Ф2600mm×4600mm 航天部七四一四廠
2 膠料配方
2.1內(nèi)膠
2.1.1 生膠選擇
該膠管主要用于輸送石油基燃油，內(nèi)膠選材以耐油性材料為主，選擇含有極性側(cè)腈基，有較優(yōu)異耐油性的中等丙烯烴含量的丁腈橡膠和低丙烯烴含量的丁腈橡膠并用，使膠料具有一定的耐油和耐低溫性能。
2.1.2 硫化體系
采用常硫量硫化體系以及焦燒時(shí)間長的次磺酰胺類促進(jìn)劑，硫化條件為：151℃×50min，蒸汽壓力0.4MPa，以保證膠料較長焦燒時(shí)間和物理機(jī)械性能。
2.1.3 增粘體系
使用鈷鹽和間甲白體系并用，增加內(nèi)膠與鍍銅鋼絲之間的密著力。
2.1.4 防護(hù)體系
選用兩種防熱氧化防老劑并用，同時(shí)增加了物理防老劑以達(dá)到長期耐熱老化的使用效果。
2.1.5 補(bǔ)強(qiáng)體系
為了便于擠出操作及避免內(nèi)膠在編織過程中時(shí)常出現(xiàn)的趕膠現(xiàn)象，采用快壓出炭黑補(bǔ)強(qiáng)體系的同時(shí)并用增強(qiáng)樹脂，以適當(dāng)提高內(nèi)膠硬度，增強(qiáng)內(nèi)膠半成品的挺性。
2.2 外膠
2.2.1 生膠選擇
因軟管長期在戶外使用，并且輸送油料為石油基燃油類，所以選用了易于環(huán)保、阻燃、耐油、耐臭氧老化優(yōu)異的氯丁橡膠為汽車加油機(jī)膠管外膠的主體材料。
2.2.2 硫化體系
選用焦燒時(shí)間長，起硫點(diǎn)較慢的后效性促進(jìn)劑與硫磺金屬氧化物組成，利于外膠與鍍銅鋼絲能有效地粘合。
2.2.3 阻燃體系
采用多種阻燃劑如氫氧化鋁、三氧化二銻、硼酸鋅并用，以達(dá)到最佳的阻燃效果。
2.2.4 增塑體系
選用能阻燃的液體氯化石蠟和酯類增塑劑，以達(dá)既增塑還阻燃的目的。
2.2.5 防老劑體系
采用具有熱穩(wěn)定性好、耐天候、臭氧老化、耐紫外線照射優(yōu)異的化學(xué)防老劑及物理防老劑并用，效果較好。
2.3 膠料的性能指標(biāo)要求
表1 膠料性能指標(biāo)要求及測試結(jié)果
|
序號(hào)
|
項(xiàng) 目
|
指標(biāo)要求
|
測試結(jié)果
|
|||
|
內(nèi)膠
|
外膠
|
內(nèi)膠
|
外膠
|
|||
|
1
|
拉伸強(qiáng)度 MPa ≥
|
9
|
9
|
12
|
10
|
|
|
2
|
扯斷伸長率 % ≥
|
250
|
250
|
260
|
280
|
|
|
3
|
熱空氣老化(70℃×14d)
|
拉伸強(qiáng)度變化率 % ≤
|
20
|
20
|
15
|
12
|
|
扯斷伸長變化率 % ≤
|
-35
|
-35
|
-18
|
-16
|
||
|
4
|
內(nèi)膠層
溶脹
|
3型氧化燃油
40℃×70h % ≤
|
+70
|
|
50
|
|
|
3號(hào)標(biāo)準(zhǔn)油
100℃×70h % ≤
|
+25
|
|
20
|
|
||
|
5
|
外膠層溶脹 燃油B 23℃×70h %≤
|
|
+100
|
|
15
|
|
|
6
|
內(nèi)膠層抽出物 % ≤
|
+15
|
|
10
|
|
|
|
7
|
耐低溫性能（-40±3℃）
|
10倍放大無龜裂
|
未出現(xiàn)龜裂，斷裂
|
|||
|
8
|
外膠層耐磨性能 mm3 ≤
|
500
|
200
|
|||
經(jīng)過對(duì)內(nèi)、外膠料性能的測試，其結(jié)果（見表1）均已滿足HG/T3037-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，確定：內(nèi)膠配方：丁晴膠100、氧化鋅5、硬脂酸2、快壓出炭黑90、防老劑BLE 2、粘合劑RC-3 0.5、古馬隆20、二丁酯15、促進(jìn)劑CZ 1.2、硫磺3。外膠配方：氯丁膠90、順丁膠10、氧化鋅4、氧化鎂4、硬脂酸2、防老劑BLE 3、高耐磨炭黑40、粘合劑AS-88、白炭黑15、三氧化二銻15、氫氧化鋁50、硼酸鋅20、氯化石蠟20、促進(jìn)劑DM 0.3 硫磺0.4。
3 結(jié)構(gòu)與工藝
3．1 結(jié)構(gòu)確定
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T3037-2008所述3型M類的膠管，汽車加油機(jī)膠管主要性能及用途是在工作壓力不高的條件下輸送氧化燃油，并且有導(dǎo)靜電性能，根據(jù)其用途、性能及市場現(xiàn)需規(guī)格，可設(shè)計(jì)為內(nèi)、外膠層和一層鋼絲編織增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)。因膠管需要總成，管體扣頭可直接與鋼絲層接觸，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上沒有另加導(dǎo)電絲，外膠也無需設(shè)計(jì)為導(dǎo)靜電膠料。
現(xiàn)以Φ19×1規(guī)格為例，采用G36錠鋼絲編織機(jī)，7股Φ0.3mm抗拉強(qiáng)度為2450N/mm2的鍍銅鋼絲，編織行程為56mm的成型施工工藝見表2。
表2 成型施工工藝
單位：mm
|
規(guī) 格
|
內(nèi) 徑
|
包內(nèi)膠后外徑
|
增強(qiáng)層外直徑
|
軟管外徑
|
|
Φ19×1-10MPa
|
19
|
24.5±0.2
|
25.7±0.5
|
30±0.8
|
具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及公式計(jì)算如下:
D計(jì)= D內(nèi)+2δ內(nèi)+δ編
= 19+2×2.75+2×0.3
= 25.1mm
式中: D計(jì)----膠管計(jì)算直徑（按骨架層內(nèi)直徑計(jì)算）；
D內(nèi)----膠管內(nèi)直徑
δ編----編織層厚度
δ內(nèi)----內(nèi)膠層厚度
T =πD計(jì)/tgα（取α=54°44′）
=3.14×25.1÷tg54°44′
=56mm
PB = ·N·n· Kb ·c / D 2 計(jì)
= 0.735×36×7×17.3×0.88/2.512
= 447kgf/cm2= 45MPa
式中: PB----膠管耐壓強(qiáng)度（爆破壓力） kgf/cm2
----不同編織層數(shù)的計(jì)算系數(shù)
N----編織機(jī)錠子數(shù)
n----每錠鋼絲根數(shù)
KB----單根鋼絲強(qiáng)力 kgf/根
c----修正系數(shù) c＝c′/c″2
其中：c′--不均勻修正系數(shù)c′=1－A(n－1) =1－0.015(7－1) =0.91
c″--鋼絲扯斷伸長修正系數(shù)c″=1+ε/i=1+0.03=1.03
ε-- 鋼絲扯斷伸長率3%
3.2 工藝確定
根據(jù)市場需求和用戶使用的不同，汽車加油機(jī)膠管可采取不同的生產(chǎn)工藝，采用軟芯冷凍法進(jìn)行生產(chǎn)，其工藝流程見下圖：
4 成品性能
經(jīng)樣品試制和取樣檢測，產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)及測試結(jié)果如表3。
表3 汽車加油機(jī)膠管性能指標(biāo)及測試結(jié)果
|
序號(hào)
|
項(xiàng) 目
|
指標(biāo)要求
|
測試結(jié)果
|
|
1
|
驗(yàn)證壓力試驗(yàn)
|
2.4MPa壓力下，膠管
無滲漏及其它缺陷
|
無泄漏及缺陷
|
|
2
|
長度變化率 %
|
2.4MPa壓力下，膠管
長度變化率 0～5 %
|
0.4
|
|
3
|
爆破壓力 MPa ≥
|
4.8
|
45
|
|
4
|
容積膨脹 % ≤
|
1
|
0.5
|
|
5
|
層間粘合強(qiáng)度 KN/m
|
初始值：≥2.4
浸液后：≥1.8
|
7.8
5.6
|
|
6
|
室溫彎曲性能
|
T/D ≥0.8
|
0.5
|
|
7
|
低溫曲撓性能
|
無裂紋或斷裂
最大彎曲力180N
|
無裂紋或斷裂
|
|
8
|
外膠層耐臭氧性能
（50±5）mPa 40℃×168h
|
兩倍放大觀察無龜裂
|
無龜裂
|
|
9
|
燃油滲透性能ml/m.d ≤
|
12
|
8
|
|
10
|
導(dǎo)電性能 Ω ≤
|
1×102
|
10
|
|
11
|
可燃性
|
a) 明火燃燒20s停止
b) 移走火后2min沒有可見的火
c) 膠管無泄漏
|
15s
無泄漏
|
[4] 謝遂志.第一分冊(cè)《生膠與骨架材料》，橡膠工業(yè)手冊(cè).
