CN115895096A - 一种共混料涡轮增压管及其制备工艺以及涡轮增压管总成 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及汽车管路技术领域，尤其是涉及一种共混料涡轮增压管及其制备工艺以及涡轮增压管总成，所述共混料涡轮增压管包括以下重量份的组分：乙烯醋酸乙烯橡胶40‑60份、丙烯酸酯‑丁二烯橡胶丙烯酸酯‑丁二烯橡胶40‑60份、炭黑40‑50份、增塑剂5‑10份、流动助剂1‑4份、防老剂0.5‑3份、促进剂1‑2份、硫化剂1‑3份；所述共混料涡轮增压管的制备工艺包括以下步骤：混炼、挤出、硫化；所述涡轮增压管总成由上述任意一项所述涡轮增压管、金属接头、铝管连接组成。本申请具有在保证制得的涡轮增压管的性能的同时，降低涡轮增压管的生产成本的优点。
Description
技术领域
本申请涉及汽车管路技术领域，尤其是涉及一种共混料涡轮增压管及其制备工艺以及涡轮增压管总成。
背景技术
乙烯丙烯酸酯橡胶是一种由乙烯丙烯酸酯为主单体经共聚后得到的弹性体，主链为饱和碳链，侧基为极性酯基，这种特殊的结构使得乙烯丙烯酸酯橡胶不但拥有耐热、耐老化、耐油等优点，还具有良好的力学性能和加工性能，因而乙烯丙烯酸酯橡胶被广泛应用于各种高温、耐油的环境中，特别是被加工成汽车的耐高温油封、液压输油管、涡轮增压管等。
针对上述中的相关技术，发明人认为，乙烯丙烯酸酯橡胶的性能很好，但是单价较高，且几乎全部依赖于进口，通过乙烯丙烯酸酯橡胶制备涡轮增压管的生产成本较高。
发明内容
为了在保证制得的涡轮增压管的性能的同时，降低涡轮增压管的生产成本，本申请提供一种共混料涡轮增压管及其制备工艺以及涡轮增压管总成。
本申请提供的一种共混料涡轮增压管及其制备工艺以及涡轮增压管总成采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种共混料涡轮增压管，采用如下的技术方案：
一种共混料涡轮增压管，包括以下重量份的组分：乙烯醋酸乙烯橡胶40-60份、丙烯酸酯-丁二烯橡胶40-60份、炭黑40-50份、增塑剂5-10份、流动助剂1-4份、防老剂0.5-3份、促进剂1-2份、硫化剂1-3份。
通过采用上述技术方案，乙烯醋酸乙烯橡胶具有良好的物理性质和加工性能，但是动态性能较差，适用于静态领域，而混合动力汽车运行时工况较为复杂，将仅使用乙烯醋酸乙烯橡胶制得的涡轮增压管置于油混车内时，涡轮增压管的物理性质易受到影响，不但易导致涡轮增压管的工作寿命下降，甚至可能影响行车安全；丙烯酸酯-丁二烯橡胶的动态性能较好，适用于动态领域，但是物理性能和加工性能较差；乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶配合使用，两者互补，达到接近乙烯丙烯酸酯橡胶的效果，使得制得的涡轮增压管同样可以满足市场需求，但是乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶的价格均低于乙烯丙烯酸酯橡胶，从而有效控制了生产成本。
优选的，所述炭黑为N330炭黑、N550炭黑中一种或多种的混合物。
通过采用上述技术方案，N330炭黑能赋予胶料较好的强伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性；N550炭黑具有良好的分散性，能赋予胶料较高的挺性，压出速度快，口型膨胀小，压出表面光滑，因而N330炭黑和N550炭黑都能很好地起到补强的作用。
优选的，所述炭黑为N330炭黑和N550炭黑的混合物，且所述N330炭黑与所述N550炭黑的质量比为0.6-1。
通过采用上述技术方案，N330炭黑的硬度较大，N550炭黑的增强性能比N330炭黑更好，通过控制N330炭黑和N550炭黑的比例，保证了制得的胶料的粘度和性能。
优选的，所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯。
通过采用上述技术方案，偏苯三酸三辛酯具有良好的相容性、热稳定性和加工性，且均与橡胶相容性极好，通过添加偏苯三酸三辛酯以抑制涡轮增压管的老化，延长涡轮增压管的使用寿命。
第二方面，本申请提供一种共混料涡轮增压管的制备方法，采用如下的技术方案：
一种共混料涡轮增压管的制备方法，包括以下步骤：
混炼：混炼乙烯醋酸乙烯橡胶、丙烯酸酯-丁二烯橡胶、炭黑、流动助剂、防老剂、促进剂、硫化剂，在90-100℃时排胶，得到胶料；
挤出：将所述胶料投入挤出机中进行挤出，其中喂料段温度50-60℃，塑化一段温度60-70℃，塑化二段温度为65-75℃，机头温度为70-85℃，得到待硫化增压管；
硫化：将所述待硫化增压管进行硫化，得到所述涡轮增压管。
通过采用上述技术方案，通过混炼、挤出和硫化三个步骤，在控制了制备成本的过程中，制得了具有良好耐热性和耐油性的涡轮增压管，使得制得的涡轮增压管可以符合市场需求。
优选的，在混炼步骤中，在混炼之前，将乙烯醋酸乙烯橡胶、N330炭黑和增塑剂进行预混，得到组分A。
通过采用上述技术方案，乙烯醋酸乙烯橡胶的门尼粘度为23-31，丙烯酸酯-丁二烯橡胶的门尼粘度为25-60，两者的粘度有一定差距，因而直接将乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶进行混炼时，相容性不是很好，预混乙烯醋酸乙烯橡胶、N330炭黑和增塑剂，使得得到的组分A与丙烯酸酯-丁二烯橡胶的粘度更加接近，提高混炼时混合的均匀性，减小混炼时结块的可能性，进一步提高制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性。
优选的，在混炼步骤中，在混炼之前，将丙烯酸酯-丁二烯橡胶、N550炭黑和增塑剂进行预混，得到组分B。
通过采用上述技术方案，预混丙烯酸酯-丁二烯橡胶、N550炭黑和增塑剂，使得组分B与乙烯醋酸乙烯橡胶的粘度更加接近，提高混炼时的均匀性，进一步提高制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性。
优选的，在挤出步骤中，挤出速度为4-6m/min。
通过采用上述技术方案，挤出速度不同，制得的待硫化增压管的壁厚不同，待硫化增压管过厚时，需要的硫化时间过长且硫化时易出现增压管内外硫化不均的现象，但是待硫化增压管过薄时，最终制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性不够优异；控制挤出速度以控制制得的待硫化增压管的厚度，既控制了生产成本，又有效保证了最终制得的涡轮增压管的性能。
优选的，在硫化步骤中，硫化温度为160-180℃。
通过采用上述技术方案，随着硫化温度的升高，硫化速度加快，生产效率高，但过高的温度会引起橡胶分子链的裂解，使得制得的增压管的物理机械性能下降，导致耐热性和耐油性均下降；但硫化温度过低时，硫化速度较慢，易生成较多的多硫交联键，而且需要更长的时间来进行硫化，导致生产成本的提高。
第三方面，本申请提供一种涡轮增压管总成，采用如下的技术方案：
一种涡轮增压管总成，由所述涡轮增压管、金属接头、铝管连接组成。
通过采用上述技术方案，本申请提供的涡轮增压管总成形成的管路系统，具有良好的耐热性和耐油性，可以取代乙烯丙烯酸酯橡胶制得的涡轮增压管，而乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶的成本低于乙烯丙烯酸酯橡胶，从而有效降低了涡轮增压管总成的生产成本。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.将具有良好物理性质和加工性能的乙烯醋酸乙烯橡胶与具有良好动态性能的丙烯酸酯-丁二烯橡胶配合使用，通过两者互补以达到接近乙烯丙烯酸酯橡胶的效果，使得制得的涡轮增压管同样可以满足市场需求，但是乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶的价格均低于乙烯丙烯酸酯橡胶，而且乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶在国内就有加工工厂，从而有效控制了生产成本；
2.预混乙烯醋酸乙烯橡胶、N330炭黑和增塑剂以得到组分A，预混丙烯酸酯-丁二烯橡胶、N550炭黑和增塑剂以得到组分B，组分A和组分B的粘度接近，从而提高混炼时混合的均匀性，减小混炼时结块的可能性，进一步提高制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性；3.控制硫化温度，在控制加工时长以控制成本的同时，保证制得的涡轮增压管具有良好的耐热性和耐油性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
乙烯醋酸乙烯橡胶：型号为600NPG。
丙烯酸酯橡胶：型号为H310X。
N330炭黑：CAS号为1333-86-4。
N550炭黑：型号为卡博特N550。
偏苯三酸三辛酯：型号为TOTM，有效物质含量≥99.5％，
流动助剂：型号为18D。
防老剂：型号为N445。
促进剂：型号为XLA-60。
硫化剂：1#硫化剂，有效物质含量≥99.5％，水分含量<0.2％，平均粒径<15μm。
市售涡轮增压管：AEM橡胶管。
实施例
实施例1
一种共混料涡轮增压管，包括以下重量份的组分：乙烯醋酸乙烯橡胶50份、丙烯酸酯-丁二烯橡胶50份、N330炭黑20份、N550炭黑25份、偏苯三酸三辛酯8份、流动助剂2份、防老剂1.5份、促进剂1.5份、硫化剂2份。
上述共混料涡轮增压管的制备方法，包括以下步骤：
S1、混炼：将乙烯醋酸乙烯橡胶、丙烯酸酯-丁二烯橡胶、炭黑、流动助剂、防老剂、促进剂、硫化剂投入密炼机进行混炼，在90-100℃时排胶，得到胶料；
S2、挤出：将胶料投入挤出机中，使得胶料挤出包覆于芯棒圆周表面并收卷成线盘，其中喂料段温度50-60℃，塑化一段温度60-70℃，塑化二段温度65-75℃，机头温度70-85℃，挤出速度为5m/min，得到待硫化增压管；
S3、硫化：将待硫化增压管进行硫化，硫化压力0.7-0.85MPa，硫化温度为170℃，硫化时间为20min，得到涡轮增压管。
本申请还提供了一种涡轮增压管总成，由金属接头、铝管以及实施例1所制成的涡轮增压管连接而成。
实施例2-5
实施例2-5在实施例1的制备方法的基础上，调整了原料的配比，具体配比如表1所示。
表1实施例1-5原料配比表
对比例
对比例1
对比例1为市售涡轮增压管。
性能检测试验
1.耐热性测试：按照VDA675 310的规定检测热老化稳定性，检测条件设定为150±2℃、42天，测定待测样品试验前后的硬度变化值、拉断强度变化率和拉断伸长率变化率。
2.耐油性测试：按照VW50123的规定检测耐油性，每24小时称重一次样品并计算出燃料损失，共称重4次，取4次燃料损失中的最大值，渗透率(g/m2/24h)＝燃料损失最大值(g)/软管内部面积(m2)。
3.动态性能测试：按照GB/T 5568-2013进行PVT脉冲测试。
将实施例1-5和对比例1中得到的涡轮增压管进行耐热性测试和耐油性测试，测试结果见表2。
表2实施例1-5和对比例1的性能检测数据表
参见表2，对比实施例1-5和对比例1，实施例1-5的性能均和对比例1相差不大。这可能是因为乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶按一定比例配合使用后，两者互补，达到了接近甚至超过乙烯丙烯酸酯橡胶的性能的效果，从而制得的共混料涡轮增压管同样可以满足市场需求。但是乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶的价格均低于乙烯丙烯酸酯橡胶，因而有效控制了生产成本。
对比实施例1-5，乙烯醋酸乙烯橡胶具有良好的物理性质和加工性能，但是动态性能较差，适用于静态领域，丙烯酸酯-丁二烯橡胶的动态性能较好，适用于动态领域，但是物理性能和加工性能较差，本申请通过控制乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶的比例，同时调配其他原料的含量，在保证制得的涡轮增压管的物理性能的同时保证了涡轮增压管的动态性能，还控制了成本。由表中数据可知，在涡轮增压管包括乙烯醋酸乙烯橡胶50份、丙烯酸酯-丁二烯橡胶50份、N330炭黑20份、N550炭黑25份、偏苯三酸三辛酯8份、流动助剂2份、防老剂1.5份、促进剂1.5份、硫化剂2份时，性能最好。
为进一步研究各组分及制备参数对涡轮增压管性能的影响，本申请进一步开展如下实施例验证。
实施例6-9
实施例6-9在实施例1的制备方法的基础上，调整了炭黑的种类。实施例6中炭黑为45份的N330炭黑；实施例7中炭黑为45份的N550炭黑，实施例8中炭黑为45份的N220炭黑。实施例9中炭黑为45份的N539炭黑。
将实施例6-9制得的涡轮增压管进行如上耐热性测试、耐油性测试和动态性能测试，测试结果见表3。
表3实施例1和实施例6-9的性能检测数据表
参见表3，对比实施例6-9，N330炭黑、N550炭黑和N220炭黑均很好地起到了补强的作用，而添加了N539炭黑的实施例9的性能略差。这可能是因为N330炭黑能赋予胶料较好的强伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性；N550炭黑具有良好的分散性，能赋予胶料较高的挺性，并且添加了N550炭黑的胶料在挤出时口型膨胀小，且挤出表面光滑；N220炭黑的耐磨性优于N330炭黑，且N220炭黑能赋予胶粒较高的拉伸强度和抗撕裂强度；N539炭黑也可以减小胶料在挤出时的口型膨胀率，但N539炭黑的定伸应力较小，通过N539炭黑进行补强，易导致橡胶抵抗变形的能力差，使得实施例9的涡轮增压管性能较差。
对比实施例1和实施例6、7，实施例1的耐热性和耐油性均优于实施例6、7，这可能是因为，炭黑的基本性质影响了橡胶的门尼粘度，同时添加N330炭黑和N550炭黑使得混炼过程中原料间的粘度更加接近，从而原料间相似相容性更好，混炼时混合更加均匀，且混炼时胶料结块的可能性下降，使得制备的涡轮增压管的性能更加优异。
实施例10-13
实施例10-13在实施例1的制备方法的基础上，保证N330炭黑和N550炭黑混合之后的总量不变，调整了N330炭黑和N550炭黑的质量比。实施例10中N330炭黑与N550炭黑的质量比0.4；实施例11中N330炭黑和N550炭黑的质量比为0.6；实施例12中N330炭黑和N550炭黑的质量比为1；实施例13中N330炭黑和N550炭黑的质量比为1.2。
将实施例10-13制得的涡轮增压管进行如上耐热性测试、耐油性测试和动态性能测试，测试结果见表4。
表4实施例1和实施例10-13的性能检测数据表
参见表4，随着N330炭黑与N550炭黑质量比的增大，涡轮增压管的性能不断提升，可能是因为加入了炭黑后，原料的粘度改变，此时原料间相似相容性更好了，混合更加均匀。
随着N330炭黑与N550炭黑质量比的增大，制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性不断增加，但是N330炭黑和N550炭黑的质量比过大时，涡轮增压管的耐热性和耐油性反而降低，这可能是因为N550炭黑的增强性能优于N330炭黑，当N550炭黑的添加量过少时，N330炭黑和N550炭黑的混合物对橡胶的增强性不够。因而通过控制N330炭黑和N550炭黑的添加量，在保证制得的涡轮增压管有较好的性能的同时，控制成本。
实施例14
实施例14在实施例1的制备方法的基础上，调整了增塑剂的种类，实施例14中，采用等量的石蜡油替换偏苯三酸三辛酯。
将实施例14制得的涡轮增压管进行如上耐热性测试、耐油性测试和动态性能测试，测试结果见表5。
表5实施例1和实施例14的性能检测数据表
参见表5，实施例14的各项性能均比实施例1差，这可能是因为虽然石蜡油也是一种良好的热稳定性和加工性的增塑剂，但乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶均为极性橡胶，而石蜡油在极性橡胶中相容性较差。
实施例15-17
实施例15-17在实施例1的原料配比的基础上，调整了S1的制备方法。实施例15中，先将乙烯醋酸乙烯橡胶、N330炭黑和5份偏苯三酸三辛酯进行预混，得到组分A，再将组分A、丙烯酸酯-丁二烯橡胶、N550炭黑、3份偏苯三酸三辛酯、流动助剂、防老剂、促进剂、硫化剂进行混炼并排胶；实施例16中，先将丙烯酸酯-丁二烯橡胶、N550炭黑和3份偏苯三酸三辛酯进行预混，得到组分B，再将组分B、乙烯醋酸乙烯橡胶、N330炭黑、5份偏苯三酸三辛酯、流动助剂、防老剂、促进剂、硫化剂进行混炼并排胶；实施例17中，先分别预混得到组分A与组分B，再将组分A、组分B与流动助剂、防老剂、促进剂、硫化剂进行混炼并排胶。
将实施例15-17制得的涡轮增压管进行如上耐热性测试、耐油性测试和动态性能测试，测试结果见表6。
表6实施例1和实施例15-17的性能检测数据表
参见表6，实施例17的性能优于实施例15、16，实施例1的性能最差。这可能是因为乙烯醋酸乙烯橡胶的门尼粘度为23-31，丙烯酸酯-丁二烯橡胶的门尼粘度为25-60，两者的粘度有一定差距，直接将乙烯醋酸乙烯橡胶和丙烯酸酯-丁二烯橡胶进行混炼时，相容性不是很好；通过预混得到的组分A与组分B具有相似的粘度，从而有效提高了混炼时混合的均匀性，减小了混炼时结块的可能，使得最终制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性提高。
实施例18-21
实施例18-21在实施例17的原料配比的基础上，调整了S2中的挤出速度。实施例18的挤出速度为3m/min，实施例19的挤出速度为4m/min，实施例20的挤出速度为6m/min，实施例21的挤出速度为7m/min。
将实施例18-21制得的涡轮增压管进行如上耐热性测试、耐油性测试和动态性能测试，测试结果见表7。
表7实施例1和实施例18-21的性能检测数据表
参见表7，随着挤出速度的增加，制得的涡轮增压管的耐热性和耐油性不断上升，但是当挤出速度过快时，涡轮增压管的性能反而下降。这可能是因为挤出速度越快，制得的待硫化增压管的壁厚越厚。当挤出速度过慢时，制得的待硫化增压管过厚，需要的硫化时间过长且硫化时易出现涡轮增压管内外硫化不均的现象，影响最终制得的涡轮增压管的性能；当挤出速度过快时，制得的待硫化增压管过薄，耐热性和耐油性较差。
本申请通过将涡轮增压管的挤出速度控制在4-6m/min，既可以通过控制所需的硫化时间来减少生产成本，又有效保证了最终制得的涡轮增压管的性能。
实施例22-25
实施例22-25在实施例17的原料配比的基础上，调整了S3中的硫化温度。实施例22中，硫化温度为150℃；实施例23中，硫化温度为160℃；实施例24中，硫化温度为180℃；实施例25中，硫化温度为190℃。
将实施例22-25制得的涡轮增压管进行如上耐热性测试、耐油性测试和动态性能测试，测试结果见表8。
表8实施例1和实施例22-25的性能检测数据表
参见表8，对比实施例17-25，实施例22的性能较差，这可能是因为，硫化温度较低时，硫化时间较长，生成了较多的多硫交联键，影响了涡轮增压管的性能。同时，硫化时间较长时，生产成本也提高了。
随着硫化温度的升高，硫化效率提升，生成的多硫交联键减少，涡轮增压管的耐热性和耐油性均不断上升，但是硫化温度过高时，涡轮增压管的性能反而下降。这可能是因为，过高的硫化温度引起橡胶分子链的裂解，使得制得的增压管的物理机械性能下降，导致耐热性和耐油性均下降。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种共混料涡轮增压管，其特征在于，包括以下重量份的组分：乙烯醋酸乙烯橡胶40-60份、丙烯酸酯-丁二烯橡胶40-60份、炭黑40-50份、增塑剂5-10份、流动助剂1-4份、防老剂0.5-3份、促进剂1-2份、硫化剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种共混料涡轮增压管，其特征在于：所述炭黑为N330炭黑、N550炭黑中一种或多种的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种共混料涡轮增压管，其特征在于：所述炭黑为N330炭黑和N550炭黑的混合物，且所述N330炭黑与所述N550炭黑的质量比为0.6-1。
4.根据权利要求1所述的一种共混料涡轮增压管，其特征在于：所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯。
5.权利要求1-4中任意一项所述的一种共混料涡轮增压管的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
混炼：混炼 乙烯醋酸乙烯橡胶、丙烯酸酯-丁二烯橡胶、炭黑、流动助剂、防老剂、促进剂、硫化剂，在90-100℃时排胶，得到胶料；
挤出：将所述胶料投入挤出机中进行挤出，其中喂料段温度50-60℃，塑化一段温度60-70℃，塑化二段温度为65-75℃，机头温度为70-85℃，得到待硫化增压管；
硫化：将所述待硫化增压管进行硫化，得到所述涡轮增压管。
6.根据权利要求5所述的一种共混料涡轮增压管的制备工艺，其特征在于：在混炼步骤中，在混炼之前，将乙烯醋酸乙烯橡胶、N330炭黑和增塑剂进行预混，得到组分A。
7.根据权利要求5所述的一种共混料涡轮增压管的制备工艺，其特征在于：在混炼步骤中，在混炼之前，将丙烯酸酯-丁二烯橡胶、N550炭黑和增塑剂进行预混，得到组分B。
8.根据权利要求5所述的一种共混料涡轮增压管的制备工艺，其特征在于：在挤出步骤中，挤出速度为4-6m/min。
9.根据权利要求5所述的一种共混料涡轮增压管的制备工艺，其特征在于：在硫化步骤中，硫化温度为160-180℃。
10.一种涡轮增压管总成，其特征在于：主要由金属接头、铝管以及如权利要求1-9中任意一项所述涡轮增压管连接而成。
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| CN202211622642.6A CN115895096A (zh) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | 一种共混料涡轮增压管及其制备工艺以及涡轮增压管总成 |
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2022
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