未来发动机耐高温高压中冷器软管的开发( 二 ) 目前

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2 橡胶材料性能测试研究人员采用表1中所列的测试方法测量了材料的力学性能并研究了环境的影响。由于要求新开发的材料具有与当前材料相同的环境宽容性，研究人员通过以下几个方面进行了评价：(1)热老化性能(指定时间段内的未来发动机温度条件)；(2)耐油性(基于JISK6258测试方法，采用IRM903标准，指定时间段内的温度为150 ℃)；(3)燃料耐油性(基于JISK6258测试方法，采用燃料C ，指定时间段内的温度为90 ℃)；(4)耐酸性(在指定时间段内，浸入指定浓度的硫酸、盐酸、硝酸、醋酸和甲酸等溶液中后，在60 ℃下进行3个干燥循环)；(5)VQM外层附着性能；(6)抗弯曲疲劳性。研究人员为评价在受硫化粘合影响的FKM和VMQ试件，进行了拉伸试验(频率25 mm/s) ，并比较出现裂纹的循环数。

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3 材料开发3.1 目标值隐含的理念图5为FKM内层和VMQ外层在室温和未来发动机环境温度下的延伸系数比较结果。对于VMQ外层，当温度由室温升高至未来发动机环境温度时，其延伸系数下降50% 。而FKM内层的延伸系数下降25% 。通常认为，延伸系数低于100%时，橡胶材料就已达到其寿命极限。尽管在当前温度下， FKM内层不成问题，但其在未来温度下的延伸系数会低于100% 。

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与之相反，甚至在施加压力和激励的软管台架试验中，研究人员也未在VMQ外层上发现裂纹。因此，研究人员将FKM 内层在未来发动机温度下的延伸系数目标值设置成与VMQ外层相同的水平。3.2 材料开发方法由于FKM聚合物具有高热阻，因此其延伸系数在高温下的下降主要归因于交联点的低热阻特性。基于这个前提，材料开发主要侧重于交联结构。当前， FKM的交联结构是通过过氧化物交联形成的。多元醇交联具有比过氧化物交联更高的热阻。如图6所示，其中的CaO、Ca(OH)2和MgO化合物等酸性中和剂会通过甲酸和醋酸等有机酸触发脱氟化氢反应，从而实现对FKM 聚合物的降解。在保持当前耐酸性的同时，研究人员需要在不替代当前过氧化物交联的情况下实现材料性能的改善。

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图7为新开发材料的结构示意图。为了强化在高温下的力学性能，研究人员添加了由炭黑凝胶增强剂制成用于加强FKM交联点的新型网络。研究人员准备了4种具有不同炭黑粒径比的FKM样本，炭黑的粒径分别是9.9 nm(样本A)、4.4 nm(样本B)、1.5 nm(样本C)和1.0 nm(样本D) 。为了验证因炭黑导致的物理性能改善情况，研究人员在25 ℃和160 ℃下对4种样本的物理性能进行了比较。

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如图8所示，关于延伸系数和拉伸强度特性的研究结果表明，通过改变炭黑类型，可以实现力学性能的改善。炭黑粒径越小，性能的改善幅度越大。出现这种结果的原因是炭黑表面积增大，导致产生更多的凝胶，从而使网络得到强化。