减少二氧化碳排放在当今仍然是一个热门话题。我们致力于通过大幅减小发动机，增加功率的同时减轻重量，实现减排目标。改善发动机舱的绝缘效果可以降低噪声，提供更愉快的驾驶体验。然而，所有这些措施都会造成发动机温度升高，这需要更高性能的新型材料来解决。

温度升高以及涡轮增压装载机的安装位置改进（后者甚至会导致温度进一步升高）有助于实现更高的排放标准。过去，发动机舱辅助设备中的大部分部件被设计为可在 120°C 下连续工作 1500 个小时，峰值温度达到 150°C。然而，最近的发动机设计要求达到在 160°C 下连续工作 3000 个小时以上，且峰值温度为 190°C 甚至 210°C。

 

新一代快速接头

来自德国北莱茵 - 威斯特法伦州格雷文的AFT Automotive GmbH 被委托开发能够承受此温度水平的制动真空管路快速接头。尤其是需要频繁打开的部件更是要具有复杂的属性，不仅要有良好的热老化性能，还必须承受较高的外部纤维应力而不断裂。

要寻找能够耐受此高温负荷的材料，AFT公司找到了我们，AKRO-Plastic，来自德国的专业改性工程塑料供应商。我们专注于有针对性的聚合物解决方案，个性化定制是我们的专长。我们提供高质量的产品和服务，并未我们每个合作伙伴量身定制解决方案。在其他公司为了利益最大化而缩减其产品种类时，我们却坚持实施多样化的市场战略。

在了解了AFT公司的诉求后，我们首先测试了 PPA 和 PPS。两类聚合物都具有优异的热老化性能。它们同样满足在密封区域内表面粗糙度<RZ 6.3的要求。然而，这些快速接头的可拆卸连接部件的断裂伸长率和接合焊缝强度在老化前就已经不能满足要求了。

 

聚酰胺的热稳定测试

之后，由于各种聚酰胺6.6/6 配方具有良好的接合焊缝强度和较好的断裂伸长率，我们采用了新的热稳定剂（屏蔽技术）对其进行测试。我们从市面上购买了 4 种不同的聚酰胺化合物进行检查。所有 4 种材料均能填充部件的几何形状，尤其是封闭机械装置的薄壁区域（见图 5）。PA 6.6/6 混合物的表现最佳，它们在填充模腔时需要施加的压力最小，因此可以在较低的熔体和模具温度下进行加工。然后对 4 种材料的热老化性能进行了检测。为确定材料的热老化极限，我们进行了如下测试：

 

每种材料进行 3 个循环测试，每个循环包括在 T1 温度下 900 个小时和在 T2 温度下 100 个小时的连续工作：

1)      T1 = 120 °C             T2 = 150 °C

2)      T1 = 140 °C T2 = 170 °C     

3)      T1 = 160 °C             T2 = 190 °C

 

如图1所示，经过较低温度的第一次热循环之后，所有材料都表现出耦合锁扣的强度增加。这可以解释为注塑成型工艺中张力下降和材料的后结晶。而从较高温度的第一次测试循环开始，材料之间就表现出明显差异。测试进行了三分之一后，材料 A、C 和 D (PA 6.6/6 GF 30) 表现出的性能下降最小，而材料 B (PA 6.6 GF 30) 在 160℃ 和 190℃ 循环期间性能显著下降。

完成上述三个温度循环之后，材料 A（由 AKG-PLASTIC GmbH 制造的含有 30％ 玻璃纤维强化的电中性稳定聚酰胺 6.6/6，AKROMID® C3 GF 30 5 XTC (4499)）被证明是最适合的材料。用这种材料制成的接头连续工作 3000 个小时之后，表现出的强度与初始状态基本相同。其最大的优势是老化后的高断裂伸长率。它也是唯一一种制成的组件在承受最高温度后，能够开合多次而不会断裂的材料。而其他所有测试的材料，锁环均在老化试验后发生断裂。这不仅是因为材料的优异性能，还因为开口装置的几何形状经过 CAD 优化。

 

屏蔽效应

创新型稳定剂的出现使具有热老化性能的聚酰胺成型成为可能，这在不久之前还难以想象。这种稳定性利用了一种称为“屏蔽效应”的性能（见图 2 和图 3）。这种效应借助于稳定剂在塑料部件的表面上生成一种氧化膜，阻止氧气渗透。这有效防止了材料的进一步氧化。该效应在活化温度下开始，根据所有添加剂的不同而有所变化。如果使用 AKRO-PLASTIC 公司的 XTC 稳定剂，活化将在 170℃ 至 180℃ 之间发生。另一种稳定剂可保护该配方经受该温度，这意味着材料所覆盖的温度范围可达到 230℃。为了保护不同的温度范围，将此配方分别在 150℃、180℃、210℃ 和 230℃下进行 3000 个小时的老化测试。该材料同样在 150℃ 和 210℃ 之间以不同的间隔进行老化测试，以证明在日常驾驶中各种可能的不同负载情况下，性能始终稳定。图 4 所示的老化后断裂伸长率在新的工作条件下显示了更多特别的潜力。在所有温度变化下，残余断裂伸长率保持在 1.5% 以上（干燥状态），并且在 210°C 下持续经过 3000 个小时后，残余断裂伸长率显著提高到了 2.7％。

 

特别是考虑到组件是集成在与安全相关的系统中，AFT 公司快速接头的安装过程（见图5）仅在全自动系统上进行。然后对组件进行 100% 渗漏测试，通过相机系统进行视觉监控，并记录组件具体的测试结果。尽管温度要求非常高，但是仍在 PA 6.6 材料所能承受的温度范围内，即使材料要求有变化或设计有调整，也不必改变组装方式和测试流程。正因如此，实现和确保了优异的工艺稳定性。

 

AFT Automotive 公司和 AKRO-PLASTIC 公司的工作理念是始终保障最佳的产品质量。因此，两家公司在其各个生产环节都会进行质量保障测试。

作者：

Herman Cichorek，AFT Automotive GmbH开发部主管，格雷文（德国），电子邮箱

Dirk Kramer，AFT Automotive GmbH 总经理，格雷文（德国），电子邮箱

Thilo Stier，AKRO-PLASTIC GmbH销售和创新部经理，Niederzissen（德国），电子邮箱