适用于最佳胶管性能的测试方法

黄元昌

(全国橡塑机械信息中心 北京 100143)

人们要预测胶管的使用寿命并确定其故障源是非常困难的，因为胶管何时发生故障及怎样发生故障取决于时间、温度和压力。而各种产品的使用条件及故障情况经常发生变化。一般在正常操作条件下，胶管初次使用之前，如果不经过测试，则故障模式是末知的。而对于复杂的应用，在加速试验中，不可能完全重复操作条件。故障机理并非总是在变，但产品性能却是逐步改变。

而胶管故障可由几种因素引起的。典型的故障模式是胶管的弯曲、扭转或拉伸程度低于其规定的弯曲半径。在卷曲过程中，如果压力过低，则会引起胶管从弯曲处脱离；而压力过大，则会导致胶管内部撕裂。不合适的装配，如胶管与连接头不匹配或缺少接头及管夹，均会导致胶管破裂或泄漏（图1和图2）。另外，胶管磨损或其他表面的摩擦，也均会引起其周围的变化，致导与现有的结构不相符。

图1 无夹紧而导致胶管脱离

图2 不合适的装配连接导致胶管故障

1 质量测试——须考虑的关键因素

在产品开发过程中，一些关键因素决定了产品最终的应用性能（见表1），通过测试，可了解聚合物在特定应用中的性能，并可测试在单独条件下不同环境因素的影响。而产品测试可有效重复操作条件，但只涉及一些特定的产品。常见的行业测试标准包括用于汽车业的FMVSS106、SAEJ1610、SAEJ2260、SAE J2044/J2045、GMW16153、GMW14785以及用于工业的SAEJ343、SAEJ517等。此外，由于在胶管中加入了各种增强材料及组分，所以，在原料和产品测试中会存在轻微的相容性问题。

在开始测试之前，应确定所测试的产品的性能、应用的主要功能，以及为获得真实、具有可比性结果时所需重复的关键条件。这些问题包括判断胶管失效或达到临界值的标准是什么？通常是，尽管性能丧失50%的胶管仍在使用，但应该有个判断其是否可继续使用的方法。测试试样的厚度会影响气体或液体进入材料的扩散速率。薄壁件易短期降解，大组件的性能的性能几乎不受影响。在规定时间后进行产品性能的试验比测定故障要容易，因为后者须考虑运行时限、工作温度、流体渗漏、安装以及其他活动部件等因素。

表1 设立测试方法须考虑的问题

2 测试方法

胶管的测试评估有4种类型：压力、流体相容性、热老化和振动（图3）。

图3 胶管测试评估的类型

2.1 压力测试

每种胶管均有一个最大允许工作压力（MAWP）。通种采用以下三种压力测试方法，来确定胶管及胶管装配的压力范围：

（1）静态（泄漏检查或确认测试）：在压力为MAWP下测试，以确认胶管未破裂及装配处（如弯曲面）有无泄漏；

（2）脉冲：将高压/低压作用于胶管装配处，以模拟泵的开启与关闭；

（3）破裂：在胶管装配处内侧，持续增加压力，直到胶管发生破裂。这样可测定安全系数。

2.2 温度测试

在加速老化评价时，常采用升温法来加速测试。高温为反应提供较大的能量，以便在较短的时间内完成胶管的老化试验。但高温会引发多种反应，这就要求材料在测试温度范围内须无任何变化。保持低于推荐操作温度的上限以获得优化结果。

在对胶管进行拉伸强度测试时，故障通常发生在中间部位，这就容易检测产品中的故障点。聚合物的性能表征包括拉伸强度、硬度及伸长率的变化。在突变下，可能发生韧一脆转变。

而在恒定负荷下，蠕变试验可以测定材料的变形（蠕变应变）。TTS被用作推断数据和预测胶管使用寿命。蠕变断裂是蠕变的最终结果。这也可以测定材料在恒定拉伸负荷下失效的时间。

采用温度循环法，以评价产品暴露在温度高低极限变化过程中的性能。而在本实验中，可使用循环温度环境舱。

2.3 振动测试

振动测试用于模拟胶管在弯曲或振动时受到的影响，包括屈挠疲劳和振动类型的测试。屈挠疲劳测试时，胶管在进行低频、高位移下运动，其一端为典型移动，而另一端为静止。振动测试时，胶管在进行高频、低位下移运动，也是一端移动，而一端静止。

2.4 流体相容性测试

流体相容性测试通常用于成品材料，研究须证实胶管是否经得起长时间与流体接触、典型的流体相容性测试方法为ASTM D471。通过测定材料物理性能（如拉伸强度、伸长率，硬度和溶胀体积）的变化，或材料与高温流体（如燃料类、油类、冷却剂、制动液、清洁剂等）的反应，可以评价材料与流体的相容性。

3 提高测试效率

在产品开发过程中，内部性能测试已成为产品检测阶段的瓶颈。如果延误而导致时间的损失，则使得产品不能按计划投放市场，将致使经济效益受到损失。然而，这个问题可以得到解决。使用外部测试能够节约时间和资金，可进行不同变量、多次迭代及对竞争产品的基准测试等。外部测试可作为内部测试的补充，以加快产品上市，缩短检测阶段。

Smithers Rapra 公司开发出一种商业工具，依照其独特的环境，用于内外部测试数据的对比。基于预估的最终产品的零售市场价格、月销售量、内部测试导致的延误、外部测试对延误的调整及外部测试的成本等，该工具可精确预测潜在的收益和损失。