氟弹性体科技不断带来创新体验

技术分类: 工程材料    来源:设计创新  发表时间:2007-11-05

  今天的高性能氟弹性体,是经过50年的发展历程才演变而来的。本文着眼于氟弹性体产品给现代社会带来的重大影响,融合了主要的汽车厂商和化工厂商的观点,并考察了该行业在面临重大挑战时作出了怎样的应对措施。
  
  氟弹性体(FKM)自从1957年首次投放市场以来,已经广泛应用在航空、汽车、化工、石化、食品药物加工、建筑等各个行业的液封和密封工艺中(参见补充报道"里程碑:Viton®氟弹性体发展进步的50年)。现在,氟弹性体已成为一个全球性的行业,预计今年在全球的总销量将达到大约2万吨。
  
  在2007年,与以往不同的是,多功能高性能弹性体更多的应用于各行各业以解决一系列的技术难题,其中很多都涉及到最近颁布的旨在减少温室效应气体排放的相关法规。 

  氟弹性体材质的O形密封圈、软管、垫圈和膜片广泛应用在航空、汽车、化工、石化、食品药物加工、建筑等各个行业的液封和密封工艺中。图中显示的是用Viton®氟弹性体制造的油封(左)和汽车轴封(右),由于其优异的耐热和耐油性而被广泛应用。

  如今的技术难题主要包括如下几个方面:有些新型燃料极易腐蚀弹性体材料;目前市面上大部分

的弹性体制品都无法达到全球性的气体排放法规的要求;工艺要求的操作温度超过一般弹性体所能承受的温度;在化工、石油和天然气行业中对于临时运转中断日趋严格的应急控制要求。
  
  整个氟弹性体产业,包括聚合物的生产商、混配商和模塑厂商,正在和原始设备制造商、机械工程师、终端用户以及像美国加州空气资源委员会(CARB)和欧盟这样的管理机构共同合作,致力于应对和攻克这些技术难关。
  
  值此庆祝氟弹性体诞生50周年之际,本文着眼于氟弹性体产品给现代社会带来的重大影响,融合了通用汽车和丰田汽车等主要汽车厂商和一些重要化工厂商的观点,并考察了该行业在面临重大挑战时作出了怎样的应对措施。
  
  氟弹性体与汽车工业
  汽车工业是Viton®氟弹性体最大的应用领域之一。在该领域里,氟弹性体最大的发展契机是开发出新型发动机、传动系统和燃油系统从而能够满足日益严格的由全球监管机构制定的排放标准。
  
  现今的相关法规给生产厂商提出了巨大的挑战。按照相关规定,即使在零上150 ℃以上或零下40 ℃以下的工作温度下,燃油系统的弹性密封圈的使用寿命也必须达到15年或行驶150,000英里而不会发生燃料泄漏且不超过其溶胀极限。这里所需的弹性体还必须对普通燃油以及包括甲醇、酸类汽油和新型生物燃料等在内的以燃油、醇和酯类为主要成分的复合燃料有较好的耐腐蚀性。
  
  此外,此类弹性密封圈还必须具有相当持久的弹性来吸收汽车日常运行过程中引擎所产生的震动。很少有材料能够在如此恶劣的密封环境下还能满足目前的机动车低排放(LEV II)标准、机动车部分零排放(PZEV)标准和Euro 4汽车尾气排放标准。因此,燃油系统和引擎密封垫圈制造商早已把目光聚焦在了像Viton®这样的氟弹性体上,来制造燃油和传动系统的密封垫圈、软管,引擎入风口和耐油垫圈。
  
  来自管理机构的声音
  美国加州空气资源委员会首席执行官Tom Cackette先生,目前主要负责管理机动车排放控制项目。他希望氟弹性体工业能够帮助解决目前日趋严峻的汽车污染排放问题。  


美国加州空气资源委员会首席执行官Tom Cackette。

  "空气污染对健康和经济都具有重大的影响,因此美国加州空气资源委员会正致力于包括机动车部分零排放标准在内的一系列工作项目,旨在减少汽车污染排放。这些污染主要包括来源于汽车的燃油系统不同位置的碳氢化合物和未完全燃烧的燃料。一般来讲,人们常说的机动车气体排放主要包括三种:1. 昼间排放,来源于每天燃料系统的加热和冷却过程;2. 热浸损失,来源于汽车引擎的关闭后从燃油系统系统排放的碳氢化合物;3. 运行损耗,来源于汽车行驶过程中。  

  "约50%的废气排放来自油箱、燃油管及燃料帽;约有40%的废气排放来自活性炭罐、进气口及连接管; 剩下的10%则来自于软管和底盘燃油管道。" --美国加州空气资源委员会首席执行官Tom Cackette先生如是说。
  
  "约50%的废气排放来自油箱、燃油管及燃料帽;约有40%的废气排放来自活性炭罐、进气口及连接管; 剩下的10%则来自于软管和底盘燃油管道。许多废气泄漏点存在于燃油输送装置和填料密封帽中,无数的O型密封圈,、接头、软管、垫圈和膜片连接着这些系统。所以,对于氟弹性体生产工业的最大挑战就是帮助汽车制造工业找到更好的和更低渗透的密封材料,以满足严格的新的汽车废气排放标准。" Cackette先生如是说。
  
  氟弹性体与零风险汽车工业
  在现今的汽车制造工业中,弹性体和塑料的原材料使用已经发生了巨大改变。那么我们对新材料的期望是什么?新























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