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汽車輪胎氣體微泄漏檢測(cè)
點(diǎn)擊次數(shù):1463 更新時(shí)間:2019-04-24

一般情況下,汽車輪胎,在充足氣以后,使用6——12個(gè)月,會(huì)出現(xiàn)不同程度的胎壓下降,對(duì)輪胎進(jìn)行檢查,一般也不會(huì)發(fā)現(xiàn)有泄漏點(diǎn)。這樣的微泄漏,通常并不是輪胎胎體、氣門(mén)受到了損傷,而是由于完好無(wú)損的輪胎材料本身氣體滲透所造成的。本文將從微觀上對(duì)造成汽車輪胎微泄漏的一些原因進(jìn)行分析,希望對(duì)汽車輪胎的生產(chǎn)和使用者能有所幫助。
氣體穿過(guò)輪胎橡膠層的過(guò)程分析
汽車輪胎內(nèi)的氣體壓力一般為0.2——0.25MPa ,也就是說(shuō)輪胎內(nèi)氣體分子的密度是輪胎外氣體分子密度的2——2.5倍,這樣在輪胎內(nèi)外就形成了氣體分子的濃度差。從微觀的角度來(lái)看氣體分子穿過(guò)輪胎橡膠層是按以下步驟進(jìn)行的(如圖1所示):
1、在輪胎內(nèi)側(cè),高壓高濃度的氣體原子或分子在熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷碰撞到輪胎的內(nèi)表面;
2、氣體原子或分子逐漸溶解到輪胎內(nèi)側(cè)的橡膠材料內(nèi);
3、氣體分子在胎內(nèi)側(cè)的橡膠表面達(dá)到溶解平衡;
4、由于濃度梯度的存在,氣體分子向輪胎外側(cè)的橡膠材料內(nèi)擴(kuò)散;
5、擴(kuò)散到橡膠外側(cè)的氣體分子解吸至空氣中。
氣體分子不停地進(jìn)行上述過(guò)程,后導(dǎo)致輪胎的壓力越來(lái)越低。這種滲透過(guò)程非常細(xì)微,用常規(guī)的檢測(cè)方法無(wú)法檢測(cè)到。


圖1.氣體分子滲透過(guò)程示意圖
氣體滲透的影響因素:
㈠ 輪胎材料本身的的影響。
如圖1所示氣體穿過(guò)橡膠層的幾個(gè)步驟中,擴(kuò)散是氣體滲透過(guò)程中慢又是關(guān)鍵的步驟,當(dāng)同一種氣體透過(guò)不同的材料時(shí),氣體滲透量主要取決于氣體在材料中的擴(kuò)散系數(shù)。氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象遵循Fick Law(費(fèi)克定律):


式中,J ——擴(kuò)散量,單位為g/s;
A ——擴(kuò)散發(fā)生的截面積,單位為m2;
D——擴(kuò)散系數(shù),單位為m2/s;
c1——濃度,單位為g/m3;
z——距離,單位為m。
這是費(fèi)克定律的一種形式。費(fèi)克稱其中的D為“決定于物體本性的常數(shù)”,這就是擴(kuò)散系數(shù),擴(kuò)散系數(shù)D取決于氣體和材料之間的分配系數(shù)。不同橡膠材料的D是不同的,即使是同一種橡膠材料,由于原料、生產(chǎn)工藝的不同,其物性常數(shù)D也會(huì)有所差異。需要強(qiáng)調(diào)的是,橡膠材料在使用過(guò)程中,會(huì)逐漸老化,其常數(shù)D也會(huì)隨之變化。
㈡ 溫度的影響
擴(kuò)散系數(shù)D與溫度有關(guān),溫度越高,高分子鏈運(yùn)動(dòng)越劇烈,氣體分子擴(kuò)散越容易,擴(kuò)散系數(shù)D隨溫度的升高而增加。擴(kuò)散系數(shù)D和溫度的關(guān)系遵循Arrhenius公式:


式中,T ——溫度,單位為K;
△E0——擴(kuò)散活化能,單位為J/mol;
D0——無(wú)限稀釋情況下滲透組分的擴(kuò)散系數(shù),單位為m2/s;
R——普適氣體常數(shù),數(shù)值為8.3143J/K·mol。
㈢ 胎內(nèi)充填氣體的影響
汽車輪胎充填的氣體為壓縮空氣時(shí),氣體內(nèi)通常含有水分、油,會(huì)使輪圈電鍍層被空氣中的氧氣氧化,而導(dǎo)致密封不嚴(yán)密,造成胎內(nèi)氣體外泄。同時(shí)由于水分、油、氧氣的存在,也會(huì)加劇輪胎橡膠的老化,而加速氣體的滲透。
在Arrhenius公式中,ΔED表示擴(kuò)散活化能,它隨氣體分子直徑的增加而增大,分子直徑的微小變化,會(huì)引起ΔE0的迅速增加,而導(dǎo)致分子擴(kuò)散困難。表1中列舉了空氣中含量比較高的幾種氣體分子的直徑。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)于同一種橡膠,氧氣的滲透量約是氮?dú)?倍,二氧化碳的滲透量約是氮?dú)獾?倍。這就是為什么輪胎總是選擇充氮?dú)獾脑颉?/p>


表1 氣體分子尺寸
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