利于优化胶管性能的测试方法

杨 英, 潘宏丽 编译

（中国石油兰州化工研究中心 《石化技术与应用》编辑部，甘肃 兰州 730060）

利于优化胶管性能的测试方法

杨 英, 潘宏丽 编译

（中国石油兰州化工研究中心 《石化技术与应用》编辑部，甘肃 兰州 730060）

分析了建立胶管性能测试方法需考虑的关键因素。介绍了压力、流体相容性、热老化及振动测试等4种类型的胶管测试评估方法。指出利用外部测试作为内部测试的补充，可以提高测试效率及价值。

胶管；压力测试；温度测试；振动测试；流体兼容性测试；内部测试；外部测试

0 前 言

预测胶管的使用寿命及确定其故障源是十分困难的。胶管什么时候发生故障取决于时间、温度和压力。各种产品的使用条件及故障情况经常发生变化。在正常操作条件下，胶管初次使用前，若不经过测试，则故障模式是未知的。对于复杂应用，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的。

胶管故障可由几种因素引起。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，若压力过低，会引起胶管从弯曲处脱离；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（见图1和图2）。另外，胶管磨损或与其他表面的摩擦，均会引起其周围的变化，导致与现有的结构不相符。

图1 没有夹紧导致胶管脱离

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，一些关键因素可决定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，并可测定在单独条件下不同环境因素的影响。产品测试可有效地重复操作条件，但仅涉及一些特定产品。常见的行业测试标准包括用于汽车业的 FMVSS 106、SAE J1610、SAE J2260、SAE J2044/J2045、GMW 16153、GMW 14785，以及用于工业的SAE J343、SAE J517等。另外，由于在胶管中加入了各种增强材料及组分，因此，在原料和产品测试中会存在轻微的相容性问题。

表1 建立测试方法须考虑的问题

在开始测试前，应确定所测产品的性能、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，虽然性能丧失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。

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（见图3）。

2.1 压力测试

每种胶管都有一个最大允许工作压力（MAWP）。通常采用以下3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，直至胶管发生破裂。这样可测定胶管的安全系数。

图3 胶管测试评估的类型

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。但是，高温会引发多种反应，这就要求材料在测试温度范围内必须无任何变化。保持低于推荐操作温度的上限，以获得优化结果。

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，可发生韧-脆转变。

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。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，而另一端静止。

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 D 471。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[1]

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。若因延误而导致时间的损失，使得产品不能按计划投放市场，将致使经济效益受损。然而，这个问题可以得到解决。采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公司开发出了一种商业工具，依据其独特的环境，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。

[1] Jeff Andrasik. Hose Testing Methods for Optimal Performance[J]. Rubber World, 2016, 253(4):28-29.

[责任编辑：翁小兵]

TQ 336.3

B

1671-8232(2016)10-0037-03

2016-05-09

杨英（1974—），女，甘肃庆阳人，硕士，高级工程师。从事科技期刊编辑出版工作，已发表论文十余篇。