苏威Amodel PPA材料提升汽车燃油系统性能

1 引言

当今汽车工业面对着能源和环境两方面的挑战。就能源来说，节约燃料、提高燃油经济性和开发替代能源是汽车能源战略中三个极为重要的领域。同时，通过多种途径降低燃料消耗、发展清洁能源、提高燃烧技术是解决环境问题的必经之路。综合能源和环境两个方面的考虑，汽车燃油系统的未来发展必定包括以下几个方面。

a.包括汽油机和柴油机在内，燃油直接喷射技术会越来越多地被使用。

b.新的燃油喷射技术的开发（压电式燃油喷射技术）。

c.增加使用低渗透材料，特别是用快插接头代替供油系统上原先采用的PA11、PA12和POM。

d.增加使用抗静电材料。

e.进一步发展柴油排放系统，特别是对尾气NOx的脱除。

f.更多生物燃料、醇类燃料的使用以及混合动力技术的应用。

我国是一个富煤缺油的国家，因此将煤转化成甲醇采取纯醇燃烧和掺混燃烧受到了国家的关注。然而，原先整个汽车供油系统是基于石油燃料来构建的，随着新型燃料的使用，各主机厂都意识到必须对原来的供油系统进行改进才能满足新型燃料的使用要求。特别是甲醇的使用，由于甲醇对供油系统具有腐蚀性且有毒性，需要根据不同的掺烧比例对发动机零部件供油系统进行改进。

本文基于目前供油系统的发展趋势，着重讨论了苏威Amodel PPA材料是如何满足多元化的汽车发动机供油系统的需要。

2 苏威Amodel PPA材料的特点

Amodel PPA是一种半结晶的高温尼龙，它介于传统的热塑性工程材料和高性能的特种聚合物之间，兼具成本和性能的优点。Amodel PPA材料在很宽的温度范围内都具有优异的机械性能，包括强度、刚度、耐疲劳性和抗蠕变性。玻纤增强的等级在高温下具有更高的刚度、强度和抗蠕变性；矿物填充的等级具有更好的尺寸稳定性和平坦度；其中，某些牌号还可以进行电镀和涂敷环氧漆；耐冲击改性等级在很宽的湿度和温度范围内具有明显改善的韧性，可与超韧尼龙相媲美，但是在同样的温度和湿度范围内却比超韧尼龙具有更高的强度和刚度。

3 汽车供油系统对塑胶材料的要求

根据目前供油系统的现状和未来发展趋势，汽车供油系统对材料提出了新的性能要求，主要包括以下几点：

a.耐高温；

b.低渗透；

c.抗静电；

d.耐醇性；

e.耐柴油和生物燃油。

4 Amodel PPA的性能特点

我们根据汽车供油系统对塑胶材料的具体要求分别检测AmodelPPA材料的各项性能。

（1）耐热性能测试

选取33%波纤增强的AmodelPPA (A-1133)，23%玻纤增强的PA12（GR PA12）以及35%波纤增强的PA66 (GR PA66)，根据其拉伸强度在5 000 h后降低为初始值一半的温度来定义其热指数。

从图1 可以看出， Amodel A-1133的相对热指数为185 ℃，远远高于GR PA66的150 ℃和GRPA12的120 ℃。这可以看出Amodel PPA具有优异的耐热性能，完全可以满足汽车供油系统越来越高的耐高温要求。

采用Amodel PPA材料生产的汽车供油系统快插接头，其持续使用温度可以达到170 ℃，渗透性可低至0.54 g/m2·天，耐各种燃油及ZnCl2腐蚀，并在燃油中保持低溶胀和尺寸稳定性，同时在成本上优于PA11/PA12。见图2。

（2）耐渗透性能测试

a.测试方法

参考SAE J2659的方法，我们利用以下设备来考察Amodel PPA的渗透性能，并同汽车供油系统中常见的PVDF、PA66、PBT、POM、PA6以及PA12的渗透性进行比较。

b.测试条件

测试用油：CE 10（45%异辛烷，45%甲苯，10%乙醇）。

测试温度：60 ℃。

薄膜厚度：50~100 μm。

薄膜和燃油接触时间：300~ 500 h。

c.测试过程

不断从左边通入氦气，将渗透出的油带入右边的气相色谱中检测渗透物的组分。

b.测试结果比较

测试结果比较见图4。

从图4 可以

看出， Amodel A-1000具有优异的的阻隔性能，同PVDF相似，远远优于汽车供油系统中常见的其他材料。完全可以满足汽车供油系统中越来越高的低渗透要求。

采用Amodel PPA挤出成型的汽车燃油管具有低渗透性、低溶胀性、优异的耐疲劳性，长期使用温度达到90 ℃，峰值温度可以达到110 ℃，具有－40 ℃的抗低温冲击性能，可以使用于甲醇、乙醇燃油系统。见图5。

（3）耐乙醇、甲醇性能

选取Amodel A-1002，将其长时间分别浸泡在纯汽油中（Fuel C）、10%乙醇汽油中（Fuel CE 10）及15%甲醇汽油中（Fuel CM15），考察随着时间的变化材料拉伸强度和尺寸的变化。同时，取POM在15%甲醇汽油中浸泡数据作为对比。见图6、图7。

从上面的测试结果可以看出，AT-1002在汽油中长期浸泡后拉伸强度和尺寸变化甚微。在含有乙醇和甲醇的汽油中，特别是含甲醇汽油中，AT-1002的拉伸强度变化明显，总体趋势和POM相似，但是尺寸变化相对于POM来说很小，可以满足当前含醇混合燃料体系对汽车供油系统部件高性能及尺寸稳定性的要求。

采用Amodel PPA材料注塑成型的高压油轨（ 生产制造商为Delphi,OEM:Hyundai），具有优异的抗甲醇、乙醇性能， 尺寸稳定，在（0~2）×105 Pa的压力下，-40~120 ℃范围内具有良好的耐热冲击性能，在高达121 ℃环境下可耐各种燃油的腐蚀。见图8。

（4）耐柴油和生物柴油性能

a.耐柴油性能

分别取Amodel AT-1125 HS（25%玻纤增强、增韧等级）和Amodel AT-1002 HS（纯增韧等级），将其在100%柴油＋5%水中浸泡5 000 h，并同初始样品的力学性能进行对比。见图9。

从上面测试结果可以看出，在100%的柴油溶液中浸泡5 000 h后，AT-1125HS的拉伸强度会降低约12%，无缺口冲击强度降低约20%，而AT-1002 HS在整个过程中力学性能几乎没有发生变化。这说明，Amodel PPA纯的材料对100%的柴油溶液具有很强的抵抗性，同时体系中加入玻纤增强会降低这种抵抗性。

采用Amodel PPA注塑成型的燃油表传感器可以耐柴油及各种混合燃油，在－40~125 ℃的温度范围具有高的刚性，适用搭扣设计以及活动铰链设计以利于装配。见图10。

b.耐生物柴油性能

同样，分别取Amodel AT-1125 HS和Amodel AT-1002 HS，将其在50%柴油＋50%生物柴油＋5%水中浸泡5 000 h，并同初始样品的力学性能进行对比。见图11。

从图11可以看出，AT-1125 HS在含有50%的生物柴油溶液中浸泡5 000 h后，拉伸强度降低20%，而冲击强度降低25%；AT-1002 HS拉伸强度降低28%，冲击强度没有任何变化。这表明，在生物柴油中长期浸泡对Amodel PPA材料的性能有负面影响，但是影响幅度不大。特别是对于非增强材料的韧性，不管是用纯的柴油还是含有50%生物柴油的混合溶液浸泡，都不会产生任何变化。

结合100%柴油溶液中浸泡的数据和50%柴油＋50%生物柴油混合溶液中浸泡的数据来看，不管是选用哪种燃料，Amodel PPA材料都能够满足长期使用要求而不会出现力学性能的大幅度降低而导致产品失效。

采用Amodel PPA注塑成型的燃油法兰具有优异的耐生物柴油性能，比POM具有更好的使用温度和耐化学性能，并具更低的渗透性，通过了－40~140 ℃温度下的产品性能测试。见图12。

（5）抗静电性能

汽车供油系统的一些部件在长期使用过程中会积聚静电，如果不能及时除掉，就有可能引发火灾。因此，对于汽车的一些部件，如燃油法兰、快插接头、燃油泵部件及燃油过滤器的壳体，选用自身抗静电的材料来消除这些隐患就显得十分必要。Amodel A-1625 HS是专门为抗静电问题而开发的一个等级，其各项性能指标见表1。

从Amodel A-1625 HS的各项性能指标可以看出，Amodel A-1625 HS不仅具有很高的刚性和韧性，同时其体积电阻和表面电阻都完全满足材料抗静电的要求，因此可以满足汽车供油系统对抗静电材料的综合性能要求。

采用Amodel PPA注塑成型的燃油系统快插接头（黑色为抗静电产品，生产制造商为TI Automotive）具有抗静电性能，对甲醇、乙醇等混合燃油具有优异的抵抗性， 耐NaCl和CaCl2，有良好的长期耐热性能。见图13。

5 苏威Amodel PPA材料在发动机供给系统上的具体应用

（1）注塑成型

在汽车供油系统中，注塑成型的产品主要包括：燃油管快插接头、加油法兰、燃油泵顶盖、高压油轨、燃油表传感器、柴油过滤器外壳、翻转阀、燃油箱液面指示器。

（2）挤出成型

目前，供油系统中需要挤出成型的部件主要有燃油管， 蒸气管以及燃油箱内的波纹管。Amodel EXT-1800是为了适应挤出成型需要而开发的一个等级，可广泛应用于汽车供油系统的挤出成型部件中。同时，我们在积极开发低熔点的Amodel，以使其可以同PA11和PA12共挤成型。

a.Amodel EXT 1800的挤出成型燃油管和蒸气管的应用要求： 长期使用温度90 ℃，峰值温度达110℃；－40 ℃抗低温冲击性能；耐各种燃油的腐蚀；低渗透；可以用旋转焊接组装；耐疲劳性能。见图14。

波纹管的应用要求：长期使用温度90 ℃，峰值温度达110 ℃；－40 ℃抗低温冲击性能；耐各种燃油的腐蚀；低渗透；弹性好；耐疲劳性；耐酸性。见图15。

b.低熔点Amodel PPA的应用目前，我们正在推出一款低熔点的Amodel PPA材料，其具有同EXT-1800相似的化学性能，同时具有更宽的加工窗口，具有与ETFE相同的挤出温度，因此可以设计与PA11及PA12进行共挤成型，见图16。共挤产品具有以下特点。

● 可以直接挤成2层管，无需中间粘结层。

● 比以往的3层管或者6层管的成本低。

● 与单层管比较，提高了管子的整体柔性。

● 相对于ETFE来说，价格有优势。

● 无专利限制。

6 结论

综合以上分析， 我们可以看出，Amodel PPA完全满足汽车供油系统的发展对材料多方位性能的要求，因此我们有理由相信在未来的汽车供油系统中，Amodel PPA材料将得到越来越多的应用，为汽车供油系统的多元化发展提供材料和质量的保证。

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