尼龙PA66外壳对记忆合金水流传感器影响的分析与研究

吴桂安 李志敏 朱莲宗 邓飞忠 仇明贵

（华帝股份有限公司 中山 528400）

引言

随着燃气热水器的普及和智能调节技术的推广，燃气热水器恒温可适应性成为了行业研究的重点。此处说的恒温指的是燃气热水器在不同环境条件下都能保证出水温度达到用户所设置的温度点，其恒温特性除受其恒温算法、热负荷及系统稳定性影响外，还包括机器本身水流调节功能特性，而水流调节功能的稳定性与水流调节模块可靠性相关，最终直接反映的是燃气热水器的恒温特性。

在使用过程中发现同一件水流传感器在不同外界环境条件下（高温、低温）之后，其水流量发生了较大改变，故而对水流调节会产生较大的影响，进而影响恒温热水器的恒温特性。

1 水流传感器的工作原理及要求

1.1 记忆合金水流传感器工作原理

较传统水流传感器作为一水流信号反馈器件，随着水流智能调节技术推广，带记忆合金模块的水流传感器还具有水流自动调节功能，故要求阀体的外壳与记忆合金功能模块的配合需得到有效控制，避免影响水流调节的精准性。

图1 记忆合金水流传感器

如图1所示，水流流经记忆合金模块，记忆弹簧根据进水温度变化而改变压缩余量且受进水压力影响较小，间接使调节阀芯自动调节出水流道面积，从而实现出水流量自动调节功能。其原理是利用记忆弹簧的物理特性改变流道面积，达到自由变流量的目的。

1.2 燃气热水器对记忆合金水流传感器水流调节功能的要求

1）根据燃气热水器标准温升（25K）要求，由公式:

M1×25=M2×ΛT可直接计算热水器在不同温升条件下的水流量要求。

M1:额定水流量L/min ；

M2:实际水流量 L/min ；

ΛT:热水温升 K；

如12升燃气热水器，要求满足40K温升要求，根据上述公式：

最终输出实际水流量需控制于7.5 L左右范围。

2）根据燃气热水器实际使用条件，水流传感器记忆合金调节模块还需同时满足在不同水压条件下具有稳流调整功能。

综合上述1）、2）两方面功能特征要求，以12 L燃气热水器为例（最高设置温度60 ℃），记忆合金功能模块需满足表1要求。

2 试验分析

从上述表1所述不同水压及不同水温下的流量要求可以看出水流传感器的调水性能需要在外界环境变化较大的条件下能保持稳定的调水性能，尤其对于塑料外壳的环境适应性的需要加以验证，从而满足整机的使用需求。为此对记忆合金水流传感器外壳在不同外界温度处理下之后进行了两组试验，来论证尼龙PA66外壳对水流传感器的影响。

2.1 试验方案

1）第一次试验方法

测试条件：室温为20±5 ℃，相对湿度65 %；

测试方法：

①PA66水阀壳体注塑成型，并标记编号1#和2#；

②注塑成型后室温环境放置24 h；

③组装成水流传感器进行水温25 ℃和5 ℃流量性能测试，记录测试结果。

2）第二次试验方法

测试条件：室温为20 ±5 ℃，相对湿度65 %；

测试方法：

①将第一次试验的PA66水阀壳体拆下其余零件封存，将PA66的水阀本体1#和2#放入75～80 ℃恒温环境；

②恒温满足48 h，取出并在室温环境下放置2 h；

③重新组装后进行热水25 ℃和5 ℃流量性能测试，记录测试结果。

2.2 测试结果对比

按照上述测试方案进行试验，具体测试数据如表2（单位：L/min）、表3（单位：mm）

2.3 试验结果分析

根据上述表2及表3的测试结果，其结果的差异性主要是由于以下两点主要因素导致：

①吸水性：因尼龙材质自身的吸水性，导致水阀本体吸水后尺寸变大，从而使得记忆合金水流传感器流量在使用过程中出水流量变大。

②不稳定性：根据1#和2#的样品数据，尼龙PA66材质的外壳因吸水率不稳定，从而导致外壳本体尺寸变化有差异，直观的反馈在不同水流传感器的出流量变化存在差异。

表1 不同水压不同水温下流量要求

表2 两次试验不同温度不同水压下的流量对比

3 改进优化后PA66外壳对出水流量的影响分析

通过上述实验结果的初步分析，采用单一变量试验方法，通过改变合成的原料配比来调整PA66的吸水率，可以减小因外界环境因素的改变对水流量产生的影响，为此重新配比了三种不同原料的PA66外壳进行第二次试验：

1）通过不同比例的PP及AD-105（相溶济）获取尼龙复合外壳进行试验对比；

2）不同 PP 含量在冷水浸泡 24 h 对比表，测试数据记录表4

从表 4可见，样品的吸水率就随着 PP 含量的增加而减少。 其主要原因是:

① PP 本身的吸水率就要低于 PA66 的，加入 PP 可以降低样品的吸水率；

②由于相溶剂的存在，其酸酐基团与尼龙的胺基相互作用，从而削弱了水与尼龙 的作用，以及改善了 PP与 PA66 的界面粘接，阻止了水对PA66 的进一步渗透；

③PA66+15 % PP+5 % AD-105 样品的尺寸稳定性最好，吸水率也最低。

3）高温高湿对尺寸稳定性的影响分析，测试数据记录表5

表3 尼龙PA66外壳尺寸对比

表4 不同配方吸水率对照表

表5 高温高湿对尺寸稳定性的影响

从表5可见，纯树脂 PA66 的吸水率 2. 46 % 要远远高于加入PP 和AD-105的 PA66 /PP 合金。而加 PP和相溶剂对于改善 PA66 的吸水性也是有显著效果。

4 结论

本文通过进行相关的试验分析证明了尼龙PA66外壳的使用对阀体的水流调节功能特性存在一定的影响，通过对PA66材质改进优化进行了相关试验，得出了以下结论：

1）带记忆合金水流传感器需保证外壳与记忆合金模块的配合尺寸，才能满足水流调节持性的要求；

2）PA66材质外壳，因其吸水性造成外壳与阀体间隙发生变化，从而影响了记忆合金模块的水流调节准确性；

3）通过PP材料及相溶剂的加入可有效地降低PA66材质的吸水率，降低配合间隙的变化，从而保证记忆合金模块的水流调节特性。