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環(huán)境應力開裂——汽車塑料件開發(fā)過程中的首選試驗
2020-10-29 09:19:51· 來源：汽車與新動力
道路用鹽中使汽車零部件的失效風險進一步增加。因此設計人員需要對影響電池冷卻效果和交流電管路安全性的關鍵零部件進行技術評估。環(huán)境應力開裂（environment st
道路用鹽中使汽車零部件的失效風險進一步增加。因此設計人員需要對影響電池冷卻效果和交流電管路安全性的關鍵零部件進行技術評估。
環(huán)境應力開裂（environment stress cracking，ESC）對于汽車塑料燃油管的設計人員而言，是1類較為常見的現(xiàn)象，為此需要對其開展相關試驗。目前，現(xiàn)有的汽車塑料管路至少需要包含1個由長鏈聚酰胺樹脂制作的外層——特別是聚酰胺（PA）11或12。
ESC是1類由于應力和環(huán)境同時作用而導致的嚴重失效現(xiàn)象。其主要原因是位于汽車底盤下方的零部件直接與道路用鹽接觸所致。ESC與化學降解過程并無直接聯(lián)系，而是由于零部件細裂紋和鹽結合后產(chǎn)生了1種化學物質，以此能加速應力形成。這種應力可同時存在于內(nèi)部（過程殘余）與外部（彎曲、壓力、裝配）。主要導致ESC現(xiàn)象產(chǎn)生的化學成分是氯化物，其會在酰胺基之間與氫鍵發(fā)生反應。
鈉、鈣、鎂的氯化物為道路用鹽中的主要成分。在冬季階段，道路施工人員通過該類物質來去除附著于道路上的冰層。此類物質會導致PA材料的塑化現(xiàn)象，因此增加了聚合物的流動性并減小了機械阻力。金屬氯化物（鋅、鐵和銅）等鹽類物質主要在汽車內(nèi)部形成，并會在酰胺基之間形成金屬絡合物，其為1類較強強的化學鍵。PA被這些化學物質交叉鍵連，由此使得PA的流動性高度減少，從而建立的應力無法被進一步釋放，并使材料變得更為脆弱。在該類應力作用下，塑料很容易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。
耐氯化鋅
針對汽車管路的主要測試標準，如DOT 106、ISO 7628、SAE J 2260等，對氯化鋅的抵抗性進行了評價，同樣也有許多汽車制造商制定了相應標準。上述試驗充分證明了長鏈PA，中鏈PA及短鏈PA的優(yōu)越性。部分汽車制造商，如標致雪鐵龍（PSA），采用了特別的試驗程序去評價壓力管路對道路用鹽的抵抗效果。
為了更好地理解ESC現(xiàn)象的成因，阿科瑪（Arkema）公司已開發(fā)了1項特殊試驗，其能對不同聚合物在不同試驗工況下的性能進行精確評定。在80 ℃條件下，試驗人員將切割后的管路環(huán)放入牽引機中，使其承受約30%的拉力，然后使其與氯化鋅溶液接觸。隨后，試驗人員對其進行仔細監(jiān)測，使其應力水平逐步降至零。
該試驗表明PA 6幾乎會立刻開裂，PA 610會在10 min以內(nèi)開裂。有趣的是，該項試驗清晰表明了不同長鏈PA間的性能差別。其中，PA 1010僅持續(xù)了約1 h，PA 12 堅持了150 h，而PA 11幾乎能堅持約300 h。
性能試驗
此外，Arkema公司的試驗人員對零部件開展了相關試驗。在試驗過程中，當設計人員將PA 612作為外層時，所有的PA 612零件均出現(xiàn)了細裂紋，并且部分零件存在嚴重的失效現(xiàn)象，而由耐溫性PA 11制成的零部件并未出現(xiàn)任何細裂紋。
試驗人員對同樣直徑的多層結構管路進行了其他設置。此類管路被機械性地插在杉樹形快插連接件上，其所采用的內(nèi)層材料為PA 6。試驗材料在60 ℃的氯化鋅溶液中浸沒24 h后，并未進行烘干且試驗條件并不嚴苛。采用PA 612的多層物質中約有50%出現(xiàn)了嚴重失效現(xiàn)象，然而采用PA 12的多層物質并未出現(xiàn)任何細裂紋跡象。
所有的結果證明中鏈PA，如610和612等物質不適用于制造汽車管路。由此設計人員需要認真考慮ESC面臨的風險。功能需求和測試程序必須適應零件位置，并使其充分適應環(huán)境，特別是內(nèi)部和外部的溫度。
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