汽車防凍液配方技術(shù)

汽車防凍液配方技術(shù)

1.背景汽車防凍液的全稱叫汽車防凍冷卻液，是汽車冷卻系統(tǒng)用的循環(huán)介質(zhì)，用于水冷式發(fā)動機在冬季防凍。汽車在工作時會產(chǎn)生大量的熱，如不及時排熱，將會導(dǎo)致發(fā)動機的損壞。因此需要一種冷卻液來輔助發(fā)動機散熱。水是優(yōu)良的冷卻介質(zhì)，但是由于水的冰點在0攝氏度，沸點在100攝氏度，不能充分滿足發(fā)動機在低溫和高溫環(huán)境的使用要求，降低冰點的防凍液和提高沸點的高性能冷卻液得到廣泛使用。針對這幾點，汽車防凍液便應(yīng)運而生了。汽車防凍液具有比水更低的冰點，在寒冷的環(huán)境中仍然可以正常的工作，防凍液還具有抗腐蝕的功能(包括大面積的腐蝕和，點蝕)、防止水垢形成等功能，因此防凍液被廣泛用于汽車領(lǐng)域。甲醇水溶液和乙醇水溶液被較早用作汽車防凍液，但是由于沸點偏低，以及甲醇的毒性，逐漸被沸點較高、且不容易揮發(fā)的乙二醇或者丙二醇型防凍液所替代，乙二醇型和丙二醇型防凍液成為當(dāng)前國際上通用的防凍液品種，目前我國市場上汽車發(fā)動機防凍液以乙二醇型為主。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車高性能化、內(nèi)燃機液冷系統(tǒng)密封化要求日益提高，對防凍液的性能要求也愈來愈高，不僅要求防凍液具有較低的冰點和較高的沸點，還應(yīng)具有較好的金屬防腐性。汽車冷卻系統(tǒng)一般由銅、鋁、鑄鐵、鋼、焊錫組成，因此，防凍液必須同時對上述幾種材質(zhì)具有防蝕作用。

2.汽車防凍液配方組成汽車防凍液的組成防凍液一般由母液和添加劑組成。母液由軟化水和能降低水的冰點的物質(zhì)組成。添加劑主要有一些具有特殊功能的試劑組成，其中包括防銹劑、防霉劑、pH調(diào)節(jié)劑、抗泡劑、著色劑等。而且應(yīng)該外觀色澤透明、無機械雜質(zhì)、無毒或低毒、藥效持久、貯存期長、可在冷卻系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)工作2-3年而不變質(zhì)。2.1防凍劑防凍劑是防凍液的主要成分，約占防凍液原液的92%-98%，防凍液原液可以根據(jù)各地氣溫的高低，按一定比例與水混合，將冰點控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。有效的防凍劑主要由水和醇類組成，因為在所有的物質(zhì)中，醇類的物化性質(zhì)和水的最為接近。由凝固點降低定律可知，醇類與水混合后能大幅度的降低水的冰點；由沸點升高定律知，醇和水混合后能提高水的沸點。醇類具有很好的水溶性，能與水以大比例混合，而且醇本身粘度小，與水混合后的液體流動性好，因而醇類是作為母液首選的物質(zhì)。目前，最常用的作為防凍液的組成的醇類有：乙二醇、二甘醇、甘油、丙二醇等。乙二醇-水防凍液的冰點同乙二醇質(zhì)量分數(shù)不成線性關(guān)系。它的水溶液的冰點并不完全是隨濃度的增加而降低，當(dāng)濃度超過70%時，冰點反而上升。在配制過程中，應(yīng)從實際出發(fā)加以合理選擇，以達到防凍性及經(jīng)濟性的要求。在我國江南，一般采用乙二醇質(zhì)量分數(shù)為40%的配比，而在寒冷的北方，需取乙二醇質(zhì)量分數(shù)50%左右的配比比較適宜。2.2緩蝕劑汽車冷卻系統(tǒng)一般由銅、鋁、鑄鐵、鋼、焊錫組成，乙二醇防凍液在長期工作中會引起冷卻系統(tǒng)的材質(zhì)腐蝕，腐蝕介質(zhì)是水和乙二醇。關(guān)于水對金屬的腐蝕已為人們所熟悉，而乙二醇在常溫下不會引起材質(zhì)的明顯腐蝕，但溫度升高，乙二醇會被氧化，使酸度增高，生成多種腐蝕性物質(zhì)。這些腐蝕物質(zhì)的析出而引起發(fā)動機熱傳導(dǎo)率下降，致使冷卻器管部易堵塞，引起發(fā)動機過熱，所以，必須在防凍液中添加緩蝕劑。而且要求添加的緩蝕劑具有用量少及緩蝕效果好的特點。緩蝕劑可分為四類：一類是無機化合物緩蝕劑，它包括偏硅酸鹽、磷酸鹽、鎢酸鹽、硼酸鹽、亞硝酸鹽和鉬酸鹽、苯甲酸鹽等。作為無機化合物緩蝕劑，可使金屬表面形成一層致密的鈍化膜，能阻滯或防止金屬的滲氫和滲酸作用。例如，加入0.05~0.03%的偏硅酸鈉可防止鋁制件的腐蝕。另一類是有機化合物緩蝕劑，在防凍液中常作防銹添加劑使用。常用的有三乙醇胺、苯并三氮唑、巰基苯并噻唑、有機磷酸鹽等，緩蝕性能較好，如僅添加0.1~0.5%的苯并三氮唑即可防止銅制構(gòu)件的腐蝕。第三類為復(fù)合配方緩蝕劑，不同成分的金屬構(gòu)件需用不同的緩蝕劑，如：亞硝酸鈉對鋼、鑄鐵的緩蝕效果好。但會腐蝕焊料三乙醇胺、磷酸鹽、有機磷酸鹽雖對黑色金屬緩蝕效果好，但會腐蝕黃銅、紫銅等；硅酸鹽是鋁金屬的優(yōu)良緩蝕劑，但極易水解，形成大量絮狀沉淀。這些單品種緩蝕劑雖成本較低，但難以滿足防凍液諸多方面的性能要求。所以一般采用具有協(xié)同作用的多種緩蝕物質(zhì)的復(fù)合配方，緩蝕劑總加入量為防凍液原液的0.5~5％。第四類為環(huán)保型配方緩蝕劑：完全采用有機型配方，成份中不含無機鹽，能在金屬表面形成一層致密而穩(wěn)定的保護膜。采用環(huán)保型配方緩蝕劑制成的防凍液同時具有易生物降解、低毒的特點，對環(huán)境無害的化學(xué)品，不會對水體及土壤生態(tài)造成破壞，具有通用性好，能適合不同金屬材質(zhì)的發(fā)動機，可長年貯存，穩(wěn)定性好。常用的緩蝕劑主要包括以下幾種：①錫、鋼、鐵的特效緩蝕劑有鉻酸鹽、胺類、磷酸鹽、硝酸鹽、有機酸等；②紫銅、黃銅的特效緩蝕劑有苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、噻唑類雜環(huán)化合物；③鋁的特效緩蝕劑有硅酸鹽、硝酸鹽、苯甲酸鈉、有機酸等。多數(shù)防凍液緩蝕劑配方中含有諸如亞硝酸鹽、胺鹽、磷酸鹽等對環(huán)境和人體有害的物質(zhì)，不能滿足現(xiàn)代汽車發(fā)展的需求?，F(xiàn)在的市售防凍液采用具有協(xié)同作用的多種緩蝕物質(zhì)的復(fù)合配方，緩蝕率很高。目前國外專利中使用的緩蝕劑是多種緩蝕劑復(fù)合而成，緩蝕效果很理想，值得一提的是苯并三氮唑和巰基苯并噻唑是銅和黃銅的特效緩蝕劑。2.3防垢劑水中有許多的礦物質(zhì)，比如鈣離子、鎂離子、鐵離子、氯離子、鋁離子等。這些離子在水中存在著沉淀和溶解平衡。在加熱蒸發(fā)后，這些礦物質(zhì)會結(jié)成水垢沉積在金屬表面。水垢的導(dǎo)熱性能很差，會導(dǎo)致發(fā)動機產(chǎn)生的熱不能及時的傳給防凍液，使缸套的溫度升高。造成缸套與氣環(huán)擦傷磨損。因此配制防凍液時加入一些阻垢劑防止水垢形成：常用的阻垢劑有EDTA鈉鹽，有機磷酸鹽，水性高分子聚合物如聚丙烯酸共聚物，聚馬來酸，聚天冬氨酸等。2.4緩沖劑(pH調(diào)節(jié)劑)由于在酸性的環(huán)境中，金屬會受到嚴重的腐蝕，而在堿性的環(huán)境中，金屬鹽離子又容易生成沉淀。在使用過程中，防凍液的pH值應(yīng)盡可能的保持在7.5-10范圍內(nèi)，可以保證防凍液不會受到霉菌的侵入而腐敗變質(zhì)。硼酸鹽、磷酸鹽都可作為緩沖劑。2.5消泡劑發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中，會不可避免地發(fā)生振動，使空氣滲入防凍液而產(chǎn)生泡沫。這不利于熱的傳遞。溶于防凍液中的空氣對乙二醇有氧化作用，在使用中不希望有泡沫產(chǎn)生，因此必須加入適量的消泡劑。消泡劑可以使用硅酮、醇類和失水甘油醚等。比較好的消泡劑為烷基非離子型表面活性劑。消泡劑的濃度只要0.001～0.1％就能達到理想的消泡效果。2.6著色劑在防凍液中加入無毒的水溶性著色劑，以區(qū)別于一般的冷卻水，這就便于觀察汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的防凍液是否泄露，同時，它還具有指示劑的作用，監(jiān)視防凍液的酸堿度變化，指示酸度的變化提醒使用者添加原液或進行清洗更換。著色劑可使用溴甲藍、酚紅、甲基紅等，使防凍液呈現(xiàn)一定指示色，一旦發(fā)現(xiàn)防凍液超過指示范圍，則表明防凍液呈酸性而失去防銹作用。著色劑的質(zhì)量分數(shù)一般在0.01～0.05％。2.7防霉劑防凍液在工作狀態(tài)下由于溫度較高，微生物難以繁殖，但在貯存過程中可能引起微生物滋長，使防凍液發(fā)霉變質(zhì)。因此，需要加入微量的殺菌防霉劑，以保證防凍液在2～3年貯存期內(nèi)不霉變。常用的防霉劑有氯化鋅、糖酸、苯甲酸鈉，其中苯甲酸鈉的防霉效果比較理想。2.8穩(wěn)定劑作為汽車防凍液，必須保證各個組分都能穩(wěn)定的存在，這樣防凍液才能發(fā)揮他的作用。穩(wěn)定劑用以協(xié)調(diào)防凍液各組分的協(xié)同配合，使防凍液更穩(wěn)定的存在。常用的穩(wěn)定劑有硅氧烷，丙烯酸鹽共聚物，ATMP，HEDP。3.選用防凍液注意點3.1防凍效果目前市場上所銷售的大部分防凍液是以乙二醇為主要原料的產(chǎn)品，再加入適量的有機或無機鹽類來達到防腐防銹的作用。衡量防凍液的優(yōu)劣主要有以下兩點；首先是防凍效果，水的冰點是0°C，一般普通型的防凍液都可達到－40°C，而優(yōu)質(zhì)防凍液應(yīng)能達到－60°C左右，這是標(biāo)定防凍液質(zhì)量的一個重要指標(biāo)；3.2沸點水的沸點是100°C,而防凍液至少應(yīng)該達到108°C以上，也就是說冰點越低沸點越高，其中的溫差越大，相對來說防凍液的質(zhì)量就越好。3.3防腐防銹性能防腐防銹性能也是極其重要的，因為長時間受到腐蝕的金屬部件生成了大量的鐵銹，嚴重的會逐漸穿蝕金屬板而導(dǎo)致滲漏，這直接關(guān)系到汽車冷卻系統(tǒng)的使用壽命，大多數(shù)普通防凍液基本是靠添加有機或無機鹽來解決這個問題，而高質(zhì)量的防凍液已采用低耗點化學(xué)反應(yīng)技術(shù)進行生產(chǎn)，含有穩(wěn)定的亞硅酸鹽（不含磷酸鹽），并通過了嚴格的熱表面鋁腐蝕ASTMD4340測試，它可控制軟化水中沉淀物的數(shù)量，并給冷卻系統(tǒng)提供卓越的抗腐蝕保護，它不同于現(xiàn)有市場上所銷售的乙二醇基型常規(guī)防凍液?？梢哉f已經(jīng)完全脫離了傳統(tǒng)防凍液的生產(chǎn)工藝，是一種全新的防凍液技術(shù)并達到了美國最新的6580和POLIS標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)點是防凝結(jié)，過熱，生銹和腐蝕，保護制冷系統(tǒng)的所有金屬表面,包括鋁制零件。不會損壞散熱器軟管，墊圈等橡膠部件，同時還能防止產(chǎn)生過多的泡沫，防止由于水的硬度所引起的鈣鎂沉淀，從而避免在端部和堵塞部位形成熱點。能與所有牌號的乙二醇防凍液和輔助添加劑兼容，可用于所有鋁或無鋁部件的各類水冷式客車，小型轎車，重型車輛設(shè)備的冷卻系統(tǒng)。3.4防結(jié)垢性據(jù)調(diào)查，70%以上的車輛冷卻系統(tǒng)生有水垢和鐵銹，嚴重影響冷卻系統(tǒng)散熱功能，大多數(shù)車主認為防凍液應(yīng)使用在冬季，其它季節(jié)則可使用自來水，這是一種誤解。我們都知道硬水中還含有大量的碘性物質(zhì)，經(jīng)加熱分離后就變成了水垢，附著在散熱器內(nèi)部的金屬表面，如果不能對其定期進行清理，厚厚的水垢就會嚴重影響散熱系統(tǒng)的功能，導(dǎo)致開鍋，缺水，甚至粘缸，燒瓦。所以我們應(yīng)在更換防凍液之前首先將水箱中的水垢及銹點清理干凈。水箱清洗劑要選擇除垢除銹清理劑比較好，除具備清理水垢鐵銹的功能外，還可潤滑和保護冷卻系統(tǒng)，因為在防凍液循環(huán)于冷卻系統(tǒng)的過程中，這些潤滑保護劑會附著在金屬表面，形成一層保護膜，將水與外界物