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環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂——汽車塑料件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的首選試驗(yàn)

2020-10-29 09:19:51·  來(lái)源：汽車與新動(dòng)力  
　
道路用鹽中使汽車零部件的失效風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。因此設(shè)計(jì)人員需要對(duì)影響電池冷卻效果和交流電管路安全性的關(guān)鍵零部件進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂（environment st
 道路用鹽中使汽車零部件的失效風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。因此設(shè)計(jì)人員需要對(duì)影響電池冷卻效果和交流電管路安全性的關(guān)鍵零部件進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。
 
 
 
                                        
 
                
環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂（environment stress cracking，ESC）對(duì)于汽車塑料燃油管的設(shè)計(jì)人員而言，是1類較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，為此需要對(duì)其開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)。目前，現(xiàn)有的汽車塑料管路至少需要包含1個(gè)由長(zhǎng)鏈聚酰胺樹(shù)脂制作的外層——特別是聚酰胺（PA）11或12。
 
ESC是1類由于應(yīng)力和環(huán)境同時(shí)作用而導(dǎo)致的嚴(yán)重失效現(xiàn)象。其主要原因是位于汽車底盤(pán)下方的零部件直接與道路用鹽接觸所致。ESC與化學(xué)降解過(guò)程并無(wú)直接聯(lián)系，而是由于零部件細(xì)裂紋和鹽結(jié)合后產(chǎn)生了1種化學(xué)物質(zhì)，以此能加速應(yīng)力形成。這種應(yīng)力可同時(shí)存在于內(nèi)部（過(guò)程殘余）與外部（彎曲、壓力、裝配）。主要導(dǎo)致ESC現(xiàn)象產(chǎn)生的化學(xué)成分是氯化物，其會(huì)在酰胺基之間與氫鍵發(fā)生反應(yīng)。
 
鈉、鈣、鎂的氯化物為道路用鹽中的主要成分。在冬季階段，道路施工人員通過(guò)該類物質(zhì)來(lái)去除附著于道路上的冰層。此類物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致PA材料的塑化現(xiàn)象，因此增加了聚合物的流動(dòng)性并減小了機(jī)械阻力。金屬氯化物（鋅、鐵和銅）等鹽類物質(zhì)主要在汽車內(nèi)部形成，并會(huì)在酰胺基之間形成金屬絡(luò)合物，其為1類較強(qiáng)強(qiáng)的化學(xué)鍵。PA被這些化學(xué)物質(zhì)交叉鍵連，由此使得PA的流動(dòng)性高度減少，從而建立的應(yīng)力無(wú)法被進(jìn)一步釋放，并使材料變得更為脆弱。在該類應(yīng)力作用下，塑料很容易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。
                                  
耐氯化鋅
 
              
針對(duì)汽車管路的主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如DOT 106、ISO 7628、SAE J 2260等，對(duì)氯化鋅的抵抗性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同樣也有許多汽車制造商制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。上述試驗(yàn)充分證明了長(zhǎng)鏈PA，中鏈PA及短鏈PA的優(yōu)越性。部分汽車制造商，如標(biāo)致雪鐵龍（PSA），采用了特別的試驗(yàn)程序去評(píng)價(jià)壓力管路對(duì)道路用鹽的抵抗效果。
 
為了更好地理解ESC現(xiàn)象的成因，阿科瑪（Arkema）公司已開(kāi)發(fā)了1項(xiàng)特殊試驗(yàn)，其能對(duì)不同聚合物在不同試驗(yàn)工況下的性能進(jìn)行精確評(píng)定。在80 ℃條件下，試驗(yàn)人員將切割后的管路環(huán)放入牽引機(jī)中，使其承受約30%的拉力，然后使其與氯化鋅溶液接觸。隨后，試驗(yàn)人員對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)監(jiān)測(cè)，使其應(yīng)力水平逐步降至零。
該試驗(yàn)表明PA 6幾乎會(huì)立刻開(kāi)裂，PA 610會(huì)在10 min以內(nèi)開(kāi)裂。有趣的是，該項(xiàng)試驗(yàn)清晰表明了不同長(zhǎng)鏈PA間的性能差別。其中，PA 1010僅持續(xù)了約1 h，PA 12 堅(jiān)持了150 h，而PA 11幾乎能堅(jiān)持約300 h。
                                 
性能試驗(yàn)
 
              
此外，Arkema公司的試驗(yàn)人員對(duì)零部件開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)設(shè)計(jì)人員將PA 612作為外層時(shí)，所有的PA 612零件均出現(xiàn)了細(xì)裂紋，并且部分零件存在嚴(yán)重的失效現(xiàn)象，而由耐溫性PA 11制成的零部件并未出現(xiàn)任何細(xì)裂紋。
試驗(yàn)人員對(duì)同樣直徑的多層結(jié)構(gòu)管路進(jìn)行了其他設(shè)置。此類管路被機(jī)械性地插在杉樹(shù)形快插連接件上，其所采用的內(nèi)層材料為PA 6。試驗(yàn)材料在60 ℃的氯化鋅溶液中浸沒(méi)24 h后，并未進(jìn)行烘干且試驗(yàn)條件并不嚴(yán)苛。采用PA 612的多層物質(zhì)中約有50%出現(xiàn)了嚴(yán)重失效現(xiàn)象，然而采用PA 12的多層物質(zhì)并未出現(xiàn)任何細(xì)裂紋跡象。
所有的結(jié)果證明中鏈PA，如610和612等物質(zhì)不適用于制造汽車管路。由此設(shè)計(jì)人員需要認(rèn)真考慮ESC面臨的風(fēng)險(xiǎn)。功能需求和測(cè)試程序必須適應(yīng)零件位置，并使其充分適應(yīng)環(huán)境，特別是內(nèi)部和外部的溫度。
 
目前，已有越來(lái)越多的汽車制造商針對(duì)電動(dòng)汽車及自動(dòng)駕駛汽車開(kāi)展了研發(fā)工作。在該情況下，位于電動(dòng)汽車底盤(pán)下的冷卻管路和高壓空調(diào)設(shè)備管路是汽車制造商需要考慮的1項(xiàng)重要元素。 
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