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目前用于汽車的管路材料可以分為三大類，分別是金屬、橡膠和尼龍塑料。

 

新能源汽車冷卻系統(tǒng)按照冷卻介質(zhì)可分為氣冷、液冷和相變材料。液冷是目前新能源汽車冷卻的主要方式，包括水冷和油冷。冷卻液管路作為新能源汽車上的重要零部件，需要滿足耐水解、耐油、耐高溫、輕量化等多種要求。

 

 

圖片來源：凌凱汽車技術

 

對新能源汽車來說，金屬鋁冷卻管路特點是散熱效率高、重量較輕，成本高，發(fā)展方向是在PTC、水泵、chiller集成式鋁冷卻管路上。橡膠軟管因為環(huán)境適應性較差或者冷卻效率低應用較少，如硅膠管冷卻效率較低、重量偏高、易老化。尼龍管等由于重量輕，加工工藝簡單，已逐漸成為冷卻潤滑管路的主要使用材料。另外，熱塑性彈性體TPV兼具橡膠和塑料的特性，在冷卻管路上也越發(fā)受到關注。

 

本文主要對新能源汽車冷卻液管路主要發(fā)展方向的尼龍管路和彈性體管路方案進行介紹。

 

一、尼龍（聚酰胺）類塑料冷卻液管路

 

1. 管路用尼龍材料

 

應用于冷卻液管路的尼龍主要有脂肪族和芳香族的尼龍。脂肪族以PA11、PA12、PA612為為代表，芳香族以 PA9T、PA11T為代表。

 

 

PA12結構式

 

由于聚酰胺材料中含有酰胺基 (－NHCO－)， 而汽車用冷卻液成份為聚乙二醇和水，在這樣的介質(zhì)中，酰胺基會發(fā)生醇解以及水解，普通的聚酰胺材料不適用于冷卻液介質(zhì)中。

 

針對此問題，杜邦、EMS、Basf、Arkema等知名尼龍公司均開發(fā)出了對應的耐水解的聚酰胺材料，適用于汽車冷卻液介質(zhì)環(huán)境中。

 

2. 尼龍類冷卻液管路應用位置

 

尼龍類的塑料管路可以用在電機艙內(nèi)、底盤處、電池包內(nèi)，根據(jù)不同位置的溫度、壓力以及裝配性的不同要求，選擇對應耐溫等級的尼龍材料以及結構類型。尼龍類冷卻液管路也將是未來新能源汽車上冷卻液管路最主要的產(chǎn)品類型。

 

 

新能源汽車結構透視圖

 

不同位置對應的尼龍冷卻液管結構推薦

 

 

上述管路外徑一般介于Φ8～Φ24 mm之間，壁厚在1～1.5 mm之間。

 

3. 尼龍冷卻液管路類型

 

根據(jù)實際應用需要，尼龍管的形態(tài)、總成連接方式以及性能要求有所不同。

 

尼龍管的形態(tài)主要有下述兩種 :

(1) 光滑管:適用于絕大多數(shù)的冷卻液管路;

(2) 波紋管:主要應用于電池包內(nèi)的支管以對連接區(qū)域較狹窄的位置。

 

尼龍管管路與快速接頭的連接方式主要有下述兩種 :

(1) 冷插接:對快速接頭材料要求比較低的連接形式，適合絕大部分位置;

(2) 激光焊接:對快速接頭材料要求高的連接形式，但部分位置管路的泄漏量要求很高，且在電池包內(nèi)的裝配空間很小，冷卻液管路總成更適宜采用激光焊接的形式。

 

4. 冷卻液管路的主要性能要求

 

冷卻液管路對液體泄漏量、耐酸性、耐冷卻液動態(tài)疲勞性等具有要求。

 

泄露量要求:由于新能源車輛冷卻部分涉及電機、電池等單元，在電機、底盤和電池包內(nèi)的水管的泄漏量均有明確的要求，各汽車廠的要求有差異性。

 

耐酸性介質(zhì)要求: 在電池包內(nèi)的管路，部分整車廠會有耐酸性介質(zhì)的要求， 需要選擇耐酸性介質(zhì)性能好的材料，一般用PA9T/PA12結構的管路，能夠滿足耐酸性要求。

 

耐冷卻液動態(tài)疲勞性能要求: 模擬整車的溫度、壓力工況以及振動狀態(tài)，各位置的動態(tài)疲勞性能要求均有所不同。

 

其他的性能要求，如爆破壓力、吹除壓力、靜態(tài)老化實驗、阻燃實驗等，不同整車廠有不同的要求。

 

二、彈性體類冷卻液管路

 

在NVH方面以及柔性連接方面，采用TPV( PP/EPDM) 彈性體材料的冷卻液管路較聚酰胺類冷卻液管路有明顯的優(yōu)勢。

 

彈性體類的冷卻液管路主要應用于電機艙內(nèi)冷卻管路，尤其適合于對柔性連接有特殊要求的位置。

 

1. TPV材料介紹

 

冷卻液管路用的熱塑性硫化彈性體(TPV)是采用動態(tài)全硫化技術制備的一類共混型熱塑性彈性體材料。

 

20世紀70年代末期，美國Monsanto公司將熱塑性PP樹脂與EPDM橡膠熔融共混，然后投入交聯(lián)劑，橡膠相在強烈的機械剪切作用和交聯(lián)劑的化學交聯(lián)作用下，被剪切破碎成大量微米級交聯(lián)橡膠顆粒，分散在熱塑性樹脂連續(xù)相基體中的過程生產(chǎn)出了EPDM/PP等熱塑性彈性體(商品牌號為/Santoprene)，成功地把硫化橡膠的一些特性(如耐熱性能和低壓縮變形性能)與塑料的易加工特性結合在一起，使熱塑性彈性體真正地走向市場。

 

2. 不同硫化體系的 TPV 材料介紹

 

橡膠材料制備過程中常用的硫化體系有3種:硫磺硫化體系、過氧化物硫化體系和酚醛樹脂硫化體系。

 

硫磺硫化體系要求橡膠主鏈有雙鍵，但TPV最常用的EPDM基材是飽和橡膠，沒有雙鍵，所以硫磺硫化體系不適用于TPV材料。

 

過氧化物硫化體系采用的過氧化物有雙25、無味DCP，缺陷是TPV熔體強度相對要差，另外要做到全硫化有一定的難度。對應的TPV材料強度低，進而影響最終管路制品強度和疲勞耐久性。

 

酚醛樹脂硫化體系的TPV有更好的熔體強度、耐氣候、耐高溫性能、耐油及化學品性能，缺點是硫化工藝復雜，酚醛樹脂硫化慢，材料有輕微色差并有吸濕性。

 

綜上，對有長期耐疲勞性能、耐冷卻液化學性能、耐高溫性能的冷卻液管路，選用酚醛樹脂硫化體系的TPV是最佳。

 

3. 冷卻液管路用TPV材料性能要求

 

適用于冷卻液管路的TPV材料硬度范圍為邵氏75A～40D，可以滿足－40～135℃的溫度要求。冷卻液管路用TPV彈性體綜合了EPDM 和PP的優(yōu)點，具有優(yōu)異的抗老化性能、良好的耐熱性能、抗永久變形性能、抗張強度、高韌性和高回彈性，以及環(huán)保性能和可重復使用、電絕緣性能。

 

以?？松梨谕扑]應用于汽車冷卻液管路的的 TPV 材料性能為例，列表如下。

 

不同硬度的 TPV 材料性能比較

 

 

由于TPV材料的拉伸強度、撕裂強度較低，為滿足汽車對于冷卻液管路的耐壓要求，TPV冷卻液管路需要增加纖維增強層制作TPV/增強層/TPV的結構管路來滿足長期耐久承壓性能。

 

總的來說，輕量化、環(huán)保、低成本的汽車行業(yè)發(fā)展趨勢決定了新能源汽車配套的汽車冷卻液管路發(fā)展趨勢是以塑代金屬、橡膠管路總量減少，而聚酰胺類的冷卻液管跟彈性體冷卻液管會在未來得到大力開發(fā)使用。