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汽车防冻液配方分析
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1.背景 汽车防冻液的全称叫汽车防冻冷却液，是汽车冷却系统用的循环介质，用于水冷式发动机在冬季防冻。汽车在工作时会产生大量的热，如不及时排热，将会导致发动机的损坏。因此需要一种冷却液来辅助发动机散热。水是优良的冷却介质，但是由于水的冰点在0摄氏度，沸点在100摄氏度，不能充分满足发动机在低温和高温环境的使用要求，降低冰点的防冻液和提高沸点的高性能冷却液得到广泛使用。针对这几点，汽车防冻液便应运而生了。汽车防冻液具有比水更低的冰点，在寒冷的环境中仍然可以正常的工作，防冻液还具有抗腐蚀的功能(包括大面积的腐蚀和，点蚀)、防止水垢形成等功能，因此防冻液被广泛用于汽车领域。 甲醇水溶液和乙醇水溶液被较早用作汽车防冻液，但是由于沸点偏低，以及甲醇的毒性，逐渐被沸点较高、且不容易挥发的乙二醇或者丙二醇型防冻液所替代，乙二醇型和丙二醇型防冻液成为当前国际上通用的防冻液品种，目前我国市场上汽车发动机防冻液以乙二醇型为主。随着汽车工业的发展，汽车高性能化、内燃机液冷系统密封化要求日益提高，对防冻液的性能要求也愈来愈高，不仅要求防冻液具有较低的冰点和较高的沸点，还应具有较好的金属防腐性。汽车冷却系统一般由铜、铝、铸铁、钢、焊锡组成，因此，防冻液必须同时对上述几种材质具有防蚀作用。 2.汽车防冻液配方组成 汽车防冻液的组成防冻液一般由母液和添加剂组成。母液由软化水和能降低水的冰点的物质组成。添加剂主要有一些具有特殊功能的试剂组成，其中包括防锈剂、防霉剂、pH调节剂、抗泡剂、着色剂等。而且应该外观色泽透明、无机械杂质、无毒或低毒、药效持久、贮存期长、可在冷却系统内连续工作2-3 年而不变质。 2.1防冻剂 防冻剂是防冻液的主要成分，约占防冻液原液的92%-98%，防冻液原液可以根据各地气温的高低，按一定比例与水混合，将冰点控制在适当范围内。有效的防冻剂主要由水和醇类组成，因为在所有的物质中，醇类的物化性质和水的最为接近。由凝固点降低定律可知，醇类与水混合后能大幅度的降低水的冰点；由沸点升高定律知，醇和水混合后能提高水的沸点。醇类具有很好的水溶性，能与水以大比例混合，而且醇本身粘度小，与水混合后的液体流动性好，因而醇类是作为母液首选的物质。目前，最常用的作为防冻液的组成的醇类有：乙二醇、二甘醇、甘油、丙二醇等。 乙二醇-水防冻液的冰点同乙二醇质量分数不成线性关系。它的水溶液的冰点并不完全是随浓度的增加而降低，当浓度超过70%时，冰点反而上升。在配制过程中，应从实际出发加以合理选择，以达到防冻性及经济性的要求。在我国江南，一般采用乙二醇质量分数为40%的配比，而在寒冷的北方，需取乙二醇质量分数50%左右的配比比较适宜。 2.2缓蚀剂 汽车冷却系统一般由铜、铝、铸铁、钢、焊锡组成，乙二醇防冻液在长期工作中会引起冷却系统的材质腐蚀，腐蚀介质是水和乙二醇。关于水对金属的腐蚀已为人们所熟悉，而乙二醇在常温下不会引起材质的明显腐蚀，但温度升高，乙二醇会被氧化，使酸度增高，生成多种腐蚀性物质。这些腐蚀物质的析出而引起发动机热传导率下降，致使冷却器管部易堵塞，引起发动机过热，所以，必须在防冻液中添加缓蚀剂。而且要求添加的缓蚀剂具有用量少及缓蚀效果好的特点。 缓蚀剂可分为四类：一类是无机化合物缓蚀剂，它包括偏硅酸盐、磷酸盐、钨酸盐、硼酸盐、亚硝酸盐和钼酸盐、苯甲酸盐等。作为无机化合物缓蚀剂，可使金属表面形成一层致密的钝化膜，能阻滞或防止金属的渗氢和渗酸作用。例如，加入0.05~0.03%的偏硅酸钠可防止铝制件的腐蚀。另一类是有机化合物缓蚀剂，在防冻液中常作防锈添加剂使用。常用的有三乙醇胺、苯并三氮唑、巯基苯并噻唑、有机磷酸盐等，缓蚀性能较好，如仅添加0.1~0.5%的苯并三氮唑即可防止铜制构件的腐蚀。第三类为复合配方缓蚀剂，不同成分的金属构件需用不同的缓蚀剂，如：亚硝酸钠对钢、铸铁的缓蚀效果好。但会腐蚀焊料三乙醇胺、磷酸盐、有机磷酸盐虽对黑色金属缓蚀效果好，但会腐蚀黄铜、紫铜等；硅酸盐是铝金属的优良缓蚀剂，但极易水解，形成大量絮状沉淀。这些单品种缓蚀剂虽成本较低，但难以满足防冻液诸多方面的性能要求。所以一般采用具有协同作用的多种缓蚀物质的复合配方，缓蚀剂总加入量为防冻液原液的0.5~5％。第四类为环保型配方缓蚀剂：完全采用有机型配方，成份中不含无机盐，能在金属表面形成一层致密而稳定的保护膜。采用环保型配方缓蚀剂制成的防冻液同时具有易生物降解、低毒的特点，对环境无害的化学品，不会对水体及土壤生态造成破坏，具有通用性好，能适合不同金属材质的发动机，可长年贮存，稳定性好。 常用的缓蚀剂主要包括以下几种：①锡、钢、铁的特效缓蚀剂有铬酸盐、胺类、磷酸盐、硝酸盐、有机酸等；②紫铜、黄铜的特效缓蚀剂有苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、噻唑类杂环化合物；③铝的特效缓蚀剂有硅酸盐、硝酸盐、苯甲酸钠、有机酸等。多数防冻液缓蚀剂配方中含有诸如亚硝酸盐、胺盐、磷酸盐等对环境和人体有害的物质，不能满足现代汽车发展的需求。现在的市售防冻液采用具有协同作用的多种缓蚀物质的复合配方，缓蚀率很高。目前国外专利中使用的缓蚀剂是多种缓蚀剂复合而成，缓蚀效果很理想，值得一提的是苯并三氮唑和巯基苯并噻唑是铜和黄铜的特效缓蚀剂。 2.3防垢剂 水中有许多的矿物质，比如钙离子、镁离子、铁离子、氯离子、铝离子等。这些离子在水中存在着沉淀和溶解平衡。在加热蒸发后，这些矿物质会结成水垢沉积在金属表面。水垢的导热性能很差，会导致发动机产生的热不能及时的传给防冻液，使缸套的温度升高。造成缸套与气环擦伤磨损。因此配制防冻液时加入一些阻垢剂防止水垢形成：常用的阻垢剂有EDTA钠盐，有机磷酸盐，水性高分子聚合物如聚丙烯酸共聚物，聚马来酸，聚天冬氨酸等。 2.4缓冲剂(pH调节剂) 由于在酸性的环境中，金属会受到严重的腐蚀，而在碱性的环境中，金属盐离子又容易生成沉淀。在使用过程中，防冻液的pH值应尽可能的保持在7.5-10范围内，可以保证防冻液不会受到霉菌的侵入而腐败变质。硼酸盐、磷酸盐都可作为缓冲剂。 2.5消泡剂 发动机在运转过程中，会不可避免地发生振动，使空气渗入防冻液而产生泡沫。这不利于热的传递。溶于防冻液中的空气对乙二醇有氧化作用，在使用中不希望有泡沫产生，因此必须加入适量的消泡剂。消泡剂可以使用硅酮、醇类和失水甘油醚等。比较好的消泡剂为烷基非离子型表面活性剂。消泡剂的浓度只要0.001～0.1％就能达到理想的消泡效果。 2.6着色剂 在防冻液中加入无毒的水溶性着色剂，以区别于一般的冷却水，这就便于观察汽车发动机冷却系统中的防冻液是否泄露，同时，它还具有指示剂的作用，监视防冻液的酸碱度变化，指示酸度的变化提醒使用者添加原液或进行清洗更换。着色剂可使用溴甲蓝、酚红、甲基红等，使防冻液呈现一定指示色，一旦发现防冻液超过指示范围，则表明防冻液呈酸性而失去防锈作用。着色剂的质量分数一般在0.01～0.05％。 2.7防霉剂 防冻液在工作状态下由于温度较高，微生物难以繁殖，但在贮存过程中可能引起微生物滋长，使防冻液发霉变质。因此，需要加入微量的杀菌防霉剂，以保证防冻液在2～3年贮存期内不霉变。常用的防霉剂有氯化锌、糖酸、苯甲酸钠，其中苯甲酸钠的防霉效果比较理想。 2.8稳定剂 作为汽车防冻液，必须保证各个组分都能稳定的存在，这样防冻液才能发挥他的作用。稳定剂用以协调防冻液各组分的协同配合，使防冻液更稳定的存在。常用的稳定剂有硅氧烷，丙烯酸盐共聚物，ATMP，HEDP。 3.选用防冻液注意点 3.1防冻效果 目前市场上所销售的大部分防冻液是以乙二醇为主要原料的产品，再加入适量的有机或无机盐类来达到防腐防锈的作用。衡量防冻液的优劣主要有以下两点；首先是防冻效果，水的冰点是0°C，一般普通型的防冻液都可达到－40°C，而优质防冻液应能达到－60°C左右，这是标定防冻液质量的一个重要指标； 3.2沸点 水的沸点是100°C,而防冻液至少应该达到108°C以上，也就是说冰点越低沸点越高，其中的温差越大，相对来说防冻液的质量就越好。 3.3防腐防锈性能 防腐防锈性能也是极其重要的，因为长时间受到腐蚀的金属部件生成了大量的铁锈，严重的会逐渐穿蚀金属板而导致渗漏，这直接关系到汽车冷却系统的使用寿命，大多数普通防冻液基本是靠添加有机或无机盐来解决这个问题，而高质量的防冻液已采用低耗点化学反应技术进行生产，含有稳定的亚硅酸盐（不含磷酸盐），并通过了严格的热表面铝腐蚀ASTMD4340测试，它可控制软化水中沉淀物的数量，并给冷却系统提供卓越的抗腐蚀保护，它不同于现有市场上所销售的乙二醇基型常规防冻液。可以说已经完全脱离了传统防冻液的生产工艺，是一种全新的防冻液技术并达到了美国最新的6580和POLIS标准。其优点是防凝结，过热，生锈和腐蚀，保护制冷系统的所有金属表面,包括铝制零件。不会损坏散热器软管，垫圈等橡胶部件，同时还能防止产生过多的泡沫，防止由于水的硬度所引起的钙镁沉淀，从而避免在端部和堵塞部位形成热点。能与所有牌号的乙二醇防冻液和辅助添加剂兼容，可用于所有铝或无铝部件的各类水冷式客车，小型轿车，重型车辆设备的冷却系统。 3.4防结垢性 据调查，70%以上的车辆冷却系统生有水垢和铁锈，严重影响冷却系统散热功能，大多数车主认为防冻液应使用在冬季，其它季节则可使用自来水，这是一种误解。我们都知道硬水中还含有大量的碘性物质，经加热分离后就变成了水垢，附着在散热器内部的金属表面，如果不能对其定期进行清理，厚厚的水垢就会严重影响散热系统的功能，导致开锅，缺水，甚至粘缸，烧瓦。所以我们应在更换防冻液之前首先将水箱中的水垢及锈点清理干净。水箱清洗剂要选择除垢除锈清理剂比较好，除具备清理水垢铁锈的功能外，还可润滑和保护冷却系统，因为在防冻液循环于冷却系统的过程中，这些润滑保护剂会附着在金属表面，形成一层保护膜，将水与外界物质完全隔离，以防止冷却系统内部结生水垢及再次腐蚀冷却系统内部的金属部件。在清理好水箱之后，再加入防冻液效果就比较好。 |
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