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自动充气补胎液配方技术

自动充气补胎液配方技术

发布时间:2015-06-24

汽车轮胎修补、充气气雾剂

一、 概述

在北美,至少从1960年起就知道有汽车轮胎修补气雾剂,这是一种非常有用的气雾剂产品。他们能快速地将一大罐气雾剂的内容物冲入因空气泄漏而卸压变瘪了的轮胎。气雾剂料液中含乳液型乙烯聚合物、防冻剂、修饰剂、腐蚀抑制剂、杀菌防腐剂以及协助乙烯乳胶密封泄漏孔的特殊物质等。与此同时,气雾剂抛射剂则使轮胎重新充气。这类气雾剂用CFC-12CFC-12/1148020)作为抛射剂,抛射剂的量约占整个处方的45%~55%,以确保有足够的气体进入轮胎,使之重新充气。即使对大的轮胎、在寒冷的天气并且有些抛射剂气体会在漏洞被堵封前经洞逸出等情况亦是如此,也就是说,抛射剂的量应能满足各种特殊情况的充气需要。1978年后,美国禁止将CFCs用于气雾剂,迫使工业界用烃抛射剂进行取代。

烃抛射剂大约只占全部配方的20%~25%,因为烃的分子量要轻得多,所以,这个量足以产生与较高比例(%CFCs抛射剂相同容积的气体。配方师认识到,有些轮胎可能在-35~-20这样极为寒冷的天气卸压,这就要求气雾剂能在这样严峻的条件下工作。所以,抛射剂必须有相对高的压力。过去常用丙烷和异丁烷的混合物,丙烷大约占混合物总量的30.5%~37%,这些混合物无空气时的压力大约是0.41~0.45MPa21)。即使在非常冷的条件下,气雾剂罐里仍有足够的压力迅速将产品经轮胎阀门注入轮胎并使它重新充满。

最担心的是产品必须覆盖到泄漏点。例如,若泄漏点靠近轮胎顶端,而产品从靠近底部注入,这样只有抛射剂蒸气会接触泄漏点并通过此处继续泄露。所以,必须将轮胎缓慢地至少旋转一圈,即使是瘪胎。偶尔泄漏会由钢圈裂口所致,而无内胎轮胎可能由胎与钢圈间的密封件破裂引起。正常情况下气雾剂产品不可能接触这些区域,补胎充气就会失效。

市场商曾担心过烃抛射剂混合物的燃烧性,他们提供了明确的标签使用说明,指导消费者如何安全地从胎中排除可燃性气体,指导司机到第一个有机修工的汽车维修站,机修工从车上卸下轮胎并旋松轮胎阀门的弹簧使潜在可燃的气体排出,轮胎完全瘪掉,而后用压缩空气将胎加压至大约0.2MPa,再次放气卸压。经过两次以上加压-卸压后残留在轮胎中的烃蒸气将低于爆炸下限(LEL),这样就不会发生燃烧。

这里有个例子可以说明事态的结果。先作两个假设,假设轮胎的内容积是50L,而注入的0.45MPa抛射剂混合物100g。由表可查知,在21℃和101.3kPa绝对压力下,1g这种混合物形成465ml纯气体,100g的量将产生46.5L气体,若轮胎中一点空气压力都没有,则加入烃抛射剂轮胎内的压力将为:

101.325kPa×(46.5/50.5=94.3kPa(或0.0943MPa

这相当于绝对压力:0.195MPa760+707=1 467mmHg

机修工的第一次操作卸除了轮胎中的全部压力,使压力从0.195MPa压力降至0.1MPa压力。在这一过程中,原来100g烃抛射剂有体积分数为48.2%被排放到空气中,在轮胎中仍残留51.8%原混合抛射剂和48.2%空气。

第二次操作是用压缩空气将胎加压至0.2MPa,使胎里的绝对压力相当于大约0.302MPa。胎里的可燃性被稀释至原来浓度的(1/2.98)或33.6%,结果混合物中含14.3%丙丁烷和85.7%空气。

轮胎再次卸压,排出许多剩余的烃气体。仍按上述方法再次充气加压至0.2MPa,可燃气再被稀释至33.6%。胎里气体的组成变为4.80%丙丁烷和95.2%空气。

轮胎进行第3次也是最后一次卸压、加压,可燃气再被稀释至先前的33.6%。这时胎里气体的组成为1.61%丙丁烷和98.39%空气。由于丙丁烷混合物的爆炸低限(LEL)是1.93%,胎里的气体含1.61%丙烷丁烷,因此,是不可燃的。

到这时,可以将轮胎从钢圈上取下,清洁并最终用加塞或贴补的方法进行修补,市场商建议采用这种永久性的修补方法。

若用户不进行永久性修补,被称作气雾剂暂时密封法大约可以持续行走数千公里。如果轮胎再次泄漏,用户可能会忘了告诉车行的机修工胎里充满着潜在可燃(爆炸)的混合气体。机修工用硬的钢撬将轮胎从钢圈上剥离下来,若产生火花则可能点燃胎里的气体,使胎

里的气体在限定的空间发生可怕的热膨胀,压力可达1~2MPa,轮胎可能爆破。旧胎、用橡皮补过的胎、没有辐射钢丝带的胎以及大的轮胎比新胎更易受影响爆破。在这种情况下,机修工常被严重地致伤甚至致死。

另一个问题与焊接在轮胎钢圈上发现的薄薄的裂缝有关,它违背焊接的原则,试图密封压力容器的裂缝,在钢融化时轮胎将向外爆炸,因此,任何密封是不可能的,绝大多数机修工和电焊工懂得这些,因此他们将在进行焊接前放瘪任何与钢圈连在一起的轮胎。如果轮胎里充满着可燃气与空气的混合物,则焊接操作的极度热量(超过1600℃)大大超过烃和空气混合物的自燃温度。它将点燃轮胎里的气体,产生高压并常常引起轮胎猛烈地爆炸,通常炸成3~8片,这些碎片以400m/s的速度飞散,如果击中人则非死即重伤。

钢圈焊接前未放瘪的轮胎特别危险。他们含有的可燃性丙烷丁烷-空气混合物比完全放瘪的轮胎高2.5~3倍,因此,在理论上他们能产生2.5~3.0倍的压力。这些压力超过2.5MPa。除了好的钢带型胎外,它足以爆破任何轮胎,虽然它们不撕裂成碎片,但常常爆离钢圈。

在美国,汽车轮胎修补充气气雾剂的市场大约是每年4200万罐,轮胎爆破事故年均大约是每销售2000万罐用烃抛射剂的产品发生一起事故,这就立即推动了对低燃烧性的抛射剂的探索。大约从1991年起,几个大厂开始用二甲醚,用量占有配方的16.7%,每罐灌装460g570g产品。小罐被推荐给小胎或平均尺寸的汽车轮胎,大罐推荐给大的汽车胎以及1t2t卡车的轮胎。小罐向车胎大约释放73g二甲醚,它们在21℃时通常使压力增加大约0.066MPa,这时轮胎仍有些瘪,但汽车仍能被开到最近的维修服务站去用压缩空气充气或者进行永久性修补。

与烃抛射剂相比,二甲醚的用量较少,而且二甲醚分子里有35%是氧,所以它燃烧产生的温度或者压力没有烃抛射剂那么高。实验表明,在一些试验中,在恶劣条件下的加压轮胎仍可能爆炸。美国这类产品最大的市场商Shap产品公司在发生事故前大约连续7年每年约生产2400万罐。在那次事故里,一个人向一个很大的、2m直径的压路机轮胎注入大约92g二甲醚(以及大约470g料液),而后他发现钢圈有缓慢的泄漏,他便开始焊接,温度很快升到1500℃以上,并点燃了轮胎里的可燃性气体与空气的混合物,产生的压力不确定,但推测超过1.2MPa。巨大的轮胎爆裂,一大块碎片击中此人颈部撕下了他的头颅。尽管在事实上产品从未设计用于如此大的轮胎,家属仍控告Snap产品公司,大概在2002年内会完结这项极为昂贵的诉讼。

大约到1992年,新的氟烃抛射剂HFC-134a很快大规模投产,并被用于汽车空调机,Radiator Specialty公司在它们的轮胎修补充气气雾剂产品中试用了这种物质,他们以2-丁氧基-乙醇为蒸气压抑制剂,将HFC-134a的压力自1.376