摘要：硅胶是一种具有多种优良性能的特殊橡胶，在汽车、医疗、机电等领域应用非常广泛，在汽车产品中，部分零部件性能特殊，要求较高，使用硅胶制品可有效满足性能需求。本文从商用车的性能需求、硅胶的种类和特性、硅胶的主要参数、设计要求等角度完整介绍了硅胶的应用方法。
关键词：硅胶;动力系统;性能;应用
商用车是由多种零部件、不同材料合理匹配的复杂机械，其中应用了大量的不同材料的橡胶，硅胶就是其中应用的比价多的一种特殊橡胶。硅胶又称硅酸凝胶，主要成分二氧化硅，可分为有机硅胶和无机硅胶两大类，其中，以硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架的有机硅胶以其优良的耐温、耐候性能，是在车辆硅胶制品中应用最多的一种。
1商用车的性能需求
商用车上所需要的橡胶制品比较多，比如橡胶水管、橡胶气管、密封胶条等，大部分零部件可采用EPDM三元乙丙等普通橡胶能满足要求，但是对于商用车的动力系统中冷管路来说（图1），EPDM等普通橡胶已难以满足：
（1）目前商用车大部分发动机采用涡轮增压柴油发动机，增压后的气体温度可达200℃以上，部分发动机的增压气体温度可达230℃以上，普通橡胶难以满足要求。
（2）对于涡轮增压发动机，增压压力比较高，为防止增压器出气压力过高导致胶管爆裂，胶管的耐压性能应根据发动机的增压压力设定。大部分发动机增压后的气体压力可达200kPa左右。需要所用的胶管的耐压能力在300kPa以上。
（3）国六车型由于大部分发动机采用闭式曲轴箱通风系统（PCV），曲轴箱内的油气需要引入中冷系统循环进入发动机，曲轴箱的油气不可避免的会进入中冷管路，要求中冷胶管还要有较好的耐油耐溶胀能力。
（4）硬度应该适中，一般在邵氏硬度60左右，硬度过低，胶管的耐压性能会下降，硬度过高，胶管的减震缓冲效果差，在发动机运行中容易造成脱落漏气、拉扯开裂等问题。
（5）由于需要缓冲发动机的不断振动，胶管还需要具有良好的柔性，以及耐老化、高强度等要求，否则在发动机的长期震动下，胶管容易疲劳开裂。
2有机硅胶的主要类型及主要性能特点
2.1二甲基硅橡胶（代号MQ）
二甲基硅橡胶是开发应用最早的一种硅橡胶，可在-60～200℃范围内保持良好的弹性，耐老化性能好，有优异的电绝缘性能以及防潮、防震等特性。二甲基硅橡胶可制成各种挤出及压延制品用于机电、航空、汽车及医疗等行业。但由于二甲基硅橡胶硫化活性低，用于制造厚制品时，硫化困难，内层易起泡且高温压缩永久变形大，故逐渐被甲基乙烯基硅橡胶所取代。
2.2甲基乙烯基硅橡胶（代号VMQ）
在硅橡胶大分子结构中引入少量乙烯基可大大改善硅橡胶的硫化加工性能，因此在目前应用的硅橡胶中，大多含有乙烯基。甲基乙烯基硅橡胶是最通用的一种硅橡胶，目前在国内外硅橡胶的生产中占主导地位。由于它在侧链上引入部分不饱和的乙烯基，使它的加工性能和物理机械性能均优于二甲基硅橡胶。它除具有二甲基硅橡胶一般特性外,还具有更好的耐高温性能，可在一60～260℃范围内保持良好弹性，它比二甲基硅橡胶容易硫化，具有较小的压缩永久变形，较好的耐溶剂的膨胀性和耐高压蒸汽的稳定性以及优良的耐寒性等，而且又因为采用活性较低的过氧化物进行硫化，从而减少了硫化时产生气泡及橡胶稳定性差的弱点。故一般用甲基乙烯基硅橡胶可制做厚度较大的制品。
2.3甲基苯基乙烯基硅橡胶（代号PVMQ）
甲基苯基乙烯基硅橡胶是在甲基乙烯基硅橡胶的分子链中引入甲基苯基硅氧链节或二苯基硅氧链节而得的产品。在聚硅氧烷的侧基上引入苯基，破坏了二甲基硅氧烷结构的规整性，大大降低了聚合物的结晶温度，扩大了该聚合物材料的低温应用范围。因此，甲基苯基乙烯基硅橡胶除了具有甲基乙烯基硅橡胶所有的优良性能外，还具有卓越的耐低温、耐烧蚀和耐辐照等性能。一般来说，苯基含量（苯基与硅原子之比）在5～10％时称低苯基硅橡胶，它具有独特的耐寒性能，在-70～-100℃仍能保持橡胶的弹性，是所有橡胶中低温性能最好的一种，可满足大部分超低温应用需求。
2.4氟硅橡胶FVMQ
氟硅橡胶是指三氟丙基甲基聚硅氧烷。氟硅橡胶具有优良的耐化学物质、耐溶剂和耐润滑油性能,此种硅橡胶在非极性溶剂中的膨胀率小,耐寒性及热稳定性好，抗着火性也好，故在机械、车辆、石油化工中用作与燃料油和润滑油接触的胶管、垫片、密封圈、燃料箱村里等。根据上述发动机中冷系统的性能需求，结合不同类型硅胶制品的特性，现在一般使用甲基乙烯基硅橡胶VMQ作为连接胶管的主要材料，同时内层需要采用氟硅胶PVMQ。如果车辆的运行区域可能涉及高纬度地区或者极寒地区，需要考虑使用甲基苯基乙烯基硅橡胶PVMQ。中冷系统胶管除了上述橡胶材料合理选择，胶管结构设计也至关重要，为了有效保证胶管的性能，应注意以下结构设计要点：为了保持胶管具有良好的柔性、缓冲发动机的振动，应将胶管设计成波纹形状，同时为了保证胶管耐高压能力，需要在胶层中加入帘布加强层，帘布层一般采用芳纶或聚酯纤维，同时在胶管外表面增加若干防爆钢环，如图2。
3胶管成品性能指标
如前所述，硅胶管的材质种类较多，为满足上述胶管成品性能，应采用甲基乙烯基或更好的的胶质材料，硅胶管材质的性能包含硬度、拉伸强度、撕裂强度、粘合强度、拉断伸长率、耐油、耐水等常规指标，一般有较为明确的标准。本文根据实车应用和验证情况，探讨中冷系统胶管的成品性能的指标设定和试验验证：一般来说，对于胶管的硬度、耐温能力、耐压能力关注较多，测试实验较多，而对于胶管的柔性、耐振动疲劳强度、压缩永久变形等关注较少，但是这三项是评价胶管性能更为直观的指标，对于胶管的应用效果影响较大，而试验方法较少，进行以下说明：
3.1柔性测试
在胶管满足耐温耐压等基本要求后，其柔性越好，越能减少发动机振动可能带来的胶管撕裂、卡箍松动漏气等问题。其柔性可按如下方法进行测试（图3）。将硅胶管竖直放置，上端置一平板，采用电子测力计（推力式），将测力计探头压在平板上，用力下压，做好标记，在胶管被下压变形1cm时，读取测力计参数。一般要求胶管的位移抗阻小于60N/cm。
3.2振动试验
中冷胶管承受高温高压、振动扭转的叠加影响，在频繁的振动扭转后可引起疲劳开裂，经过试验探索，可搭建专用试验台并按以下参数和步骤进行振动模拟试验，强化验证胶管的耐振动疲劳能力，见表2。按试验步骤测试完成后，重复温度交变测试循环7次。试验完成后观察胶管表面有无开裂、漏气等异常变化，然后在250±2保温1h±0.2h,并在此温度下对试验样品进行爆破强度试验。
3.3压缩永久变形
橡胶属于弹性体，在较长时间受力压迫后会发生塑性变形，塑性变形后其尺寸逐渐变小，如果胶管类产品在卡箍拧紧连接后尺寸发生变化，会对胶管卡箍的拧紧力矩产生负面影响，压缩变形越大，胶管的直径会变的越小，卡箍的拧紧力将大幅下降，因此为保证胶管卡箍拧紧力以及连接的密封性，要求胶管的厚度压缩永久变形一般不小于25%。为避免胶管的塑性变形对密封性的不利影响，一般采用带补偿功能的弹簧卡箍对来图4弹簧卡箍进行补偿，见图4。商用车的中冷胶管由于承受高温、高压、振动等恶劣工况，是容易产生故障的零部件，研究采用合适的材料、合理的结构、充分的试验验证，能够大大减少胶管的故障率，提升车辆的品质。根据实车应用情况，采用上述设计匹配方法开发的中冷胶管可靠性大大提高，实际故障率从2.6%降到了0.7%以下，取得了明显的效果。
作者：王铁雷 单位：三一集团有限公司