车辆气制动系统用PA11管的试验研究
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作者:佚名
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发布时间: 2021-01-29
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对目前道路车辆批量使用的尼龙11（PA11）管总成进行了不同条件下的爆裂试验。试验结果表明：温度对PA11管总成的爆裂强度影响很大，随着温度的升高，爆裂强度降低，当温度超过50℃时，PA11管总成的爆裂强度不能满足相关标准要求。温度交变试验表明，PA11管总成在温度交变后变硬，但常温气密性试验和爆裂强度不受影响。
摘要：对目前道路车辆批量使用的尼龙11（PA11）管总成进行了不同条件下的爆裂试验。试验结果表明：温度对PA11管总成的爆裂强度影响很大，随着温度的升高，爆裂强度降低，当温度超过50℃时，PA11管总成的爆裂强度不能满足相关标准要求。温度交变试验表明，PA11管总成在温度交变后变硬，但常温气密性试验和爆裂强度不受影响。弯曲工况下的常温试验与温度交变试验表明，PA11管总成在弯曲状态下对管总成的常温气密性影响很大，但爆裂强度几乎不受影响。以上试验相关数据等结论对制动系统结构设计、装配工艺制定等具有一定的参考价值和借鉴意义。
1 引言
目前，尼龙11（PA11）管总成以气密性好、质量轻、便于安装、耐腐蚀、不易疲劳开裂、低温抗冲击性好等优点在重型卡车制造企业普遍应用于制动系统。尼龙11（PA11）管的主要成分为尼龙11，其名称来源于分子结构中酰胺基中碳原子的数目为11。相关技术文献提出PA11熔点和抗冲击强度高、硬度小、环向应力和最小弯曲半径等柔韧性好[1-2]。但是，添加炭黑、稳定剂、塑化剂等化学材料后的软管和装配有端部管件的管总成的性能还没有文献作详细报道，给实际管路设计与布置带来一定的困难。因此，旨在通过试验分析，研究PA11管总成的爆裂强度和温度、弯折弧度的相互关系，给PA11气制动管路设计与布置提供参考。
2 试验样件
试验样件为尼龙11管及端部装配有快插接头的管总成。PA11管的主要化学成分见表1。表1 聚酰胺尼龙11（PA11）管的主要化学成分
3 不同温度的爆裂强度试验分析
3.1 试验方法
本试验方法参考QC/T 80-2011中的8.3条进行[3]。将样品放置在环境箱中，并连接在加压设备上。确保密封性后，施加一定的压力检测安装接头处是否有漏水或漏气的现象，以免对试验结果有影响。在试验前，用水或惰性压力介质排净管子或总成内部空气，放置试样在标准试验温度下，状态调节至少1 h。在试验温度环境下，通过加压设备以6.2 MPa/min±0.7 MPa/min速率施加压力使管子爆破，记录试样在试验期间得到的最大压力值即为该温度下的爆破压力。每根管子样品在每个要求的温度范围测试3个值，将其平均值作为该温度下该样品的爆破压力。
3.2 试验条件
试验温度：-40～130℃（每隔10℃进行一组试验）；每个温度试验3件样品；每件样品为Φ12×1.5，长度均为150 mm。表2 不同温度使用的试验介质
3.3 试验结果分析
a.PA11管总成爆破压力与温度的关系见图1。温度与爆破压力关系曲线图注：本企业使用要求提出尼龙管应在-40～100℃及允许工作压力范围内使用；在无压力下，尼龙管瞬间最高耐热为130℃；故此试验曲线的温度范围为-40～130℃。b.随着温度降低，爆裂压力上升，尤其在环境温度低于10℃时，爆裂压力远高于技术要求的爆破压力。表明PA11管总成在低温环境下爆裂的概率很低。c.随着温度升高，爆裂压力下降，尤其在环境温度高于50℃时，爆裂强度低于技术要求的爆破压力。表明PA11管总成极易在高温的环境下爆裂。
4 PA11管总成的温度交变试验
4.1 试验方法
将第一组样品按照原始状态放置在温度箱中，第二组样品捆扎在如图5的芯轴上，按照+100℃（7 h）温度顺序完成4个循环，温度交变试验完成后，先对样品进行常温气密性测试，若常温气密性合格，再进行爆裂强度试验，否则，不进行爆裂强度试验。备注：试验前两组样品的常温气密性均合格。
4.2 试验条件
试验温度：+100～40℃交变，共4个循环；每组试验样品为3件；第一组样品为原始状态，第二组样品捆扎在外径为180 mm的芯轴上；每件样品为Φ12×1.5，长度均为450 mm。
4.3 试验结果
4.4 试验结果分析
根据表3，PA11管总成温度交变试验分析如下：a.试验样品在温度交变试验后柔韧性减弱；b.温度交变试验对试验样品的常温气密性影响较大，尤其对弯曲状态下的常温气密性影响较大；c.温度交变试验对试验样品的爆破压力影响较小。由于试验样品在温度交变过程中，材料硬度变大，失效模式均为软管接头脱落，软管无爆裂，详见图5中的爆破试验失效模式。图5 爆破试验失效模式
5 结论
a.PA11管总成随着温度降低，爆裂压力增大；随着温度升高，爆裂压力减小，环境温度高于50℃时，爆破强度低于本企业技术要求。因此在制动管路布置中，如果周围环境温度有高于50℃的风险，建议将管子完全可靠的使用隔热层覆盖起来或不采用PA11管。b.温度交变试验对PA11管的常温气密性影响较大(尤其是管总成在弯曲状态下)。因此在设计与布置管路时，需要考虑制动软管是否有弯曲安装的问题并评估风险。
