國內外汽車制動液的發展現狀及趨勢

鄭東東 劉志強

摘要:制動液是汽車液壓制動系統的工作介質,制動液的質量必須滿足汽車制動性能的要求,隨著汽車技術的不斷發展,制動液的質量也在不斷提高,其標準也隨之在改變。文章介紹了國內外汽車制動液產品質量標準現狀和技術水平的發展,并預測了今后我國汽車制動液的發展趨勢:隨著汽車工業的發展,具有優良高、低溫性能的硼酸酯型中、高檔合成型制動液將得到更大發展。

關鍵詞:制動液;標準;現狀;發展趨勢

中圖分類號:TE626.32 文獻標識碼:A

Present Situation and Development Trend of Motor Brake Fluids at Home and Abroad

ZHENG Dong-dong1, LIU Zhi-qiang2

(1.PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032,China;2.PetroChina Northeast China Lubricant Marketing Company, Dalian 116021, China)

Abstract:Brake fluid is the work media of hydraulic brake systems. The quality of brake fluid must meet the requirements of automotive brake performances. With the development of automotive technology,the quality of brake fluid is improving and their standards are changing. Current status of brake fluids standards and the technology development at home and abroad are introduced in this paper. In addition, it is predicted that, along with the developing of automobile industry,middle grade and high grade borate ester based brake fluids which provide good high and low temperature property will be quickly developed in China.

Key words:brake fluid; standard; present situation; development trend

0 前言

汽車制動液又稱為剎車油或剎車液,是用于汽車液壓制動系統中傳遞壓力、使車輪制動器實現制動作用的一種功能性液體。自從20世紀30年代汽車開始使用制動液以來,經歷了蓖麻油醇型制動液、礦物油型制動液和合成型制動液。

蓖麻油醇型制動液平衡回流沸點低一般只有80 ℃,高、低溫性能差,高溫下使用易產生氣阻,低溫下使用易發生制動遲緩而導致剎車失靈;礦物油型制動液對天然橡膠皮碗適應性差,易脹裂發生事故,與水不相容,進入少量水后,容易在高溫下產生氣阻,影響制動力的傳遞。因此,我國和其他許多國家已基本不再使用蓖麻油醇型制動液和礦物油型制動液。

現在主要使用合成型制動液,它主要有醇醚型、酯型和硅油型三大類型,使用最多的是醇醚型和酯型。

自合成型制動液問世至今,引起各國制動液制造廠家的廣泛興趣,為此美國聯邦運輸部(DOT)于1972提出了DOT3、DOT4、DOT5制動液標準,并為了滿足汽車行業發展的需要,對制動液的要求越來越嚴格,逐漸形成以SAE J系列和DOT系列為代表的完善的合成型制動液標準體系,代表著當今世界制動液的技術水平和發展趨勢。

1 國內外汽車制動液標準現狀

目前,世界上許多國家都制訂了相應的制動液產品標準以保證制動液產品的品質,其中比較典型的有:美國汽車工程師協會SAE J1703/1704/1705系列、美聯邦車輛安全規范FMVSS NO.116 和國際標準ISO 4925。其主要技術指標見表1。

SAE系列標準概括面最廣,更新速度最快,基本與汽車工業發展要求同步。最早于1946年頒布了SAE 第一個制動液標準SAE J70“液壓制動液”;1967年頒布了SAE J1702、J1703標準,SAE J1702標準于1987年被取消,SAE J1703標準的一些技術指標經過多次修訂,現在已是2004年版;1985年頒布了SAE J1705“低容水性制動液”標準,1997年頒布了SAE J1704“硼酸酯型制動液”標準。

美聯邦車輛安全規范 FMVSS NO.116,最早發布于1969年,此后經過多次修訂,FMVSS NO.116(1999)將制動液分為DOT3、DOT4、DOT5、DOT5.1級四個牌號,現行有效的FMVSS NO.116(2004)又將制動液分為DOT3、DOT4、DOT5級三個牌號。

ISO 4925標準由于要在世界范圍內使用,其列出的試驗條件針對世界上所有國家生產和使用現狀,應當說屬于國際上對制動液要求的最低水準,但它對各個項目試驗的要求較細,在一般情況下,試驗條件很難滿足要求,起初1978年ISO 4925標準只規定了一個產品標準,現行有效的ISO 4925(2005),基本等效采用了DOT系列標準,只是增添了特別針對嚴寒地區使用的低溫產品標準(等級6)[1],這也從側面反映了國際上制動液技術水平的提高。

現行的SAE J1703/1704/1705系列、美聯邦車輛安全規范FMVSS NO.116 和國際標準ISO 4925之間除了質量級別的劃分(見表1)有所不同外,主要還存在以下差異:

(1)SAE系列與FMVSS NO.116標準都包含了蒸發性能(間斷法)和行程模擬性能試驗,而ISO 4925沒有。

(2)SAE系列和ISO 4925的橡膠適應性試驗規定了兩種試驗橡膠:丁苯和三元乙丙橡膠,FMVSS NO.116標準只規定了一種丁苯橡膠。

此外,國際上一些較大的汽車生產廠商從保障產品質量和維護顧客利益,以及出于自身技術角度考慮,也制訂了含有各自不同特殊要求的制動液產品標準,如GM HN1796、MB DBL-7760、GM(歐洲)L-5301等,但主要技術指標均是參照SAE、FMVSS NO.116作為生產制動液的質量標準。

為適應我國汽車工業快速發展的需要,參照國外產品的先進指標,結合中國制動液生產和使用狀況,1989年頒布了第一個制動液國家標準GB 10830-89《汽車制動液使用技術條件》,規定了合成型汽車制動液規格JG0、JG1、JG2、JG3、JG4、JG5,共6個級別。1991年,國家質量技術監督局批準和發布實施了GB 12981-91《HZY2、HZY3、HZY4合成制動液》國家標準,標準中的HZY3和HZY4產品的技術要求基本上與國際通用的DOT3、DOT4產品相對應。我國現行的制動液標準GB 12981-2003《機動車輛制動液》為強制性標準,取代了GB 10830-l998和GB 12981-91兩個標準,實現了統一。該標準將制動液分為HZY3、HZY4、 HZY5共3個產品標準,分別對應DOT3、DOT4、DOT5。

現行的GB 12981-2003與FMVSS NO.116標準相比主要存在以下差異:

(1)在金屬腐蝕性能中,GB 12981-2003其試驗材料仍含有鋅片,而FMVSS NO.116標準已經取消。

(2)B12981-2003規定了兩種試驗橡膠:丁苯和三元乙丙橡膠,FMVSS NO.116標準只規定了一種丁苯橡膠。

(3)GB 12981-2003利用連續試驗法測定蒸發性能,而FMVSS NO.116標準使用的是間斷法。

除國標外,還有兩項比較特殊的標準,2000年由國家機械工業局提出,汽車行業有關單位制訂了我國汽車行業制動液標準:QC/T 670-2000,2002年,我國又制訂了國家軍用標準GJB 4365-2002《軍用汽車通用合成制動液規范》。

2 國內外汽車制動液研究發展現狀

在合成型制動液中,醇醚型制動液于20世紀50年代研制成功,主要采用的是聚乙二醇醚體系。該類制動液具有較高的平衡回流沸點、較低的低溫粘度、良好的橡膠適應性,對金屬的腐蝕較低,但聚乙二醇醚吸收空氣中的水分后易水解,生成低沸點共沸物或少量酸性物質,導致高溫性能下降,使用條件苛刻時容易發生氣阻,隨著水分含量的增加,低溫粘度增大,低溫性能下降,另外也會降低制動液對金屬的防護性能,加快制動系統金屬零部件的銹蝕。

20世紀70年代初,隨著汽車工業和高速公路的發展,具有更高干、濕平衡回流沸點、較低低溫粘度和低水敏感性的酯型制動液成為各國制動液制造廠家的研究熱點。由于硼酸酯能與水發生化學反應而減少制動液中溶解水或游離水的存在,從而改變酯型制動液的水敏感性能,因此,硼酸酯型制動液得到快速發展。有資料表明,美、歐、日等發達國家對乙二醇醚及其硼酸酯型制動液進行了大量研究,如美國奧林化學公司于1971年首先獲得了相關領域的第一個專利[2],此后,美國道化學公司、聯合碳化物公司、日本三洋化學工業公司、東邦化學工業公司、油脂公司、中央化學工業公司、德國BASF公司、HOECFIST公司、英國帝國化學工業公司以及法國、俄羅斯等國的有關廠家都做了許多研究工作。日本1983年發表的“硼酸酯型制動液”和美國1987年發表的 DOT4制動液進展”報告表明,DOT4制動液主要就是硼酸酯型制動液[3]。

隨著對乙二醇醚及其硼酸酯技術研究工作的深入,進入80 年代后,人們又相繼研制出了具有比DOT4制動液高、低溫性能和使用壽命更優異的乙二醇醚硼酸酯型超級DOT4和DOT5.1制動液。其中超級DOT4制動液是歐洲國家在DOT4制動液基礎上研制的具有更高干、濕平衡回流砩點、更好低溫性能和更長使用壽命的高質量合成制動液。歐洲最有發展前途的制動液就是超級DOT4制動液,雖然它不是一個正式的制動液級別,但被許多汽車廠家認可,并得到廣泛應用。DOT5.1制動液是滿足DOT5性能指標要求的合成硼酸酯型制動液。最近,人們開始研制符合DOT4、DOT5.1標準的低溫性能更加優異的制動液,有專利報道已經能研制出-40 ℃粘度小于700的DOT5.1和-40 ℃粘度小于500的DOT4的硼酸酯型制動液[4]。

目前,歐洲主要使用DOT4、超級DOT4制動液,很少使用DOT3制動液,DOT5或DOT5.1制動液的使用量也較少。德國使用的制動液質量等級更高,市場上幾乎100%是DOT4、超級DOT4和DOT5.1產品。日本和美國車輛主要使用DOT3、DOT4制動液,但DOT4以上級別制動液的使用量越來越多。表2是國際上一些大公司的制動液產品主要技術數據[5]。

在硅油型制動液研究方面,美軍為了實施其全球作戰戰略,早在1967年就開始了硅酮型制動液研究,1978年又頒布了MIL-B-46176硅酮型全天候汽車通用制動液規格。雖然與醇醚硼酸酯型制動液相比,硅酮型制動液具有更優異的高、低溫性能,吸水性小,且吸水后的粘度和沸點幾乎不變,是一種全天候的制動液,但其成本是醇醚型制動液的2~3倍,并與醇醚型制動液不相容,所以到目前為止,硅酮型制動液主要在美軍車輛及少數特種車輛上使用,其他國家車輛使用較少。80年代人們又成功研制出了硅酯型制動液,在保持硅酮型制動液優異的高、低溫性能基礎上,解決了與硼酸酯型制動液的相容性問題。隨后在賽車中得到了廣泛使用[6]。

與國外制動液的研究狀況相比,中國制動液研究工作長期處于落后狀態,近年來才有所改善,浙江大學、北京化工大學、總后勤部油料研究所、無錫市高潤杰化學有限公司、鞍山利迪股份有限公司、福建蓉中石油化工廠、張家港迪克汽車化學品有限公司等單位對汽車制動液進行了較多的開發研究工作,并且已經有廠家生產出了質量較優的中、高檔制動液產品,見表3。

其中,由中國人民解放軍總后油料研究所與無錫市高潤杰化學有限公司、張家港中凱化工公司合作研制成功的醇醚硼酸酯型“軍用汽車通用合成制動液”質量指標已達到DOT5.1要求。

根據1999年的不完全統計,我國已有各種類型的汽車制動液生產廠家600余家,年產量約為15000～18000 t。目前,雖然加強了對制動液生產企業的整頓和規范,但制動液生產廠家仍有數百家,其中具備完整檢測手段和開發能力的企業所占比例較少[7]。因此制動液市場部分產品質次價低的現象依然存在,國家質量技術監督局在2005年第2季度對北京、天津、上海、江蘇、浙江、福建、陜西等7個省市47家企業生產的機動車制動液產品進行了抽查,制動液產品的抽查結果顯示,目前不少機動車制動液產品質量狀況不佳,本次抽查合格率僅為45%。

另外,中國制動液的研發水平與發達國家相比在某些細節方面仍存在不足,例如,硼酸酯型制動液的耐水性和水解穩定性一直是很重要的指標,在使用上,人們希望制動液要有良好的耐水性,在貯存上,又希望制動液具有很好的水解穩定性,這就要求硼酸酯型制動液既要水解,又不能水解太快或太多。而現有的國內的一些專利象CN1107506A、CN1315494A、CN1355279A等單方面側重于使用,更多的考慮耐水性,忽視了水解穩定性。

3 我國汽車制動液的發展趨勢

制動液新產品的開發與應用以及標準的修訂都是為滿足汽車液壓制動系統對高性能的制動液產品需要而進行的,例如現代汽車制動系統,由于汽車平均速度的增加及密閉式車輪設計導致空氣流動不好,使制動液要承受更高的溫度,要求制動液必須有更好的高溫性能,防止制動液因氣化而產生氣阻,導致制動失靈;ABS制動防抱死系統的采用,要求制動液具有更好的流動性和抗氣阻性能;制動系統的設計,無法完全阻止水分進入制動系統,而水分的進入會使制動液的沸點和粘度下降,影響制動性能,為適應潮濕氣候環境,要求制動液有較高的濕沸點即低水敏感性;制動系統中有各種金屬零部件,要求制動液不應對零部件產生腐蝕,否則會使制動泵中的活塞和缸壁間隙增大,產生泄漏,導致壓力下降,制動失靈,現在一般商用車的制動泵殼體采用鑄鐵,要求制動液具有良好的防銹性能,因此新修訂的GB 12981-2008將其列入了非強制性考核指標。

隨著近年來我國汽車工業的發展趨勢已逐漸向國際水平靠近,同時,國外生產的高性能車輛也不斷地進入我國,低檔DOT3醇醚型合成制動液使用量所占比例將越來越小,中、高檔DOT4、DOT5.1醇醚硼酸酯型合成制動液由于其優異的高、低溫性能和良好的性價比將得到更大的發展,硅酮型DOT5制動液因其生產成本高,以及與醇醚型、醇醚硼酸酯型合成制動液不相容,發展前景將受到一定限制,硅酯型制動液雖然在賽車中得到廣泛使用,但要將其應用于普通車倆,仍要經歷一段時間。

綜上所述,我國汽車制動液總體質量技術水平已經發展到了較高的水平,已經能夠滿足各種車輛的使用要求。但汽車行業發展的日新月異,相應的汽車制動液的性能指標不斷提高與完善,隨著制動液組成配方研究以及相應的性能試驗工作進一步深入開展,屆時,我國汽車制動液的質量技術水平將得到更加全面的發展。

參考文獻:

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收稿日期:2008-08-06。