CN112696540A - 一种耐渗透三层热交换管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐渗透三层热交换管，包括内层，由PP材料制成；粘合层，由含PP的粘合材料制成；和外层，由PA材料制成。本发明还涉及上述耐渗透三层热交换管的制备方法。本发明的热交换管不仅内层具有极好的耐水解性能和抗老化性能，而且外层又能适应外部环境的变化，保证了冷却效果达到要求的同时，使得汽车电池***寿命更长，汽车部件的稳定性更好。

Description

一种耐渗透三层热交换管及其制备方法

技术领域

本发明涉及热交换管技术领域，具体涉及一种耐渗透三层热交换管及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展和人类生活水平不断地提高，世界各国越来越注重生态发展，在汽车使用上，对汽车排放要求也是越来越严格，各个汽车工厂致力于开发以电池为动力的新能源车。

新能源电动车BMS(电池管理***)需要安装热交换管(冷却管道)。新能源车电池***通过在热交换管内部通入循环的冷却液为电池包降温，而冷却液的主要成分是水，防冻剂，添加剂等配置而成。新能源车电池***的冷却管道中流经的介质是主要成分为水的冷却液。由于电动车运行时，电池内部温度可达到60℃左右，要求热交换管必须具有耐高温的特性，因此，市面上大多的热交换管为具有耐热性的PA材质制成的单层管。

新能源车电池***的冷却管道中流经的介质是主要成分为水的冷却液，但由于普通的单层冷却管为PA材料制成，PA材料为亲水性塑料，耐水解性能较差，因此，热交换管内的冷却液容易通过管路材料渗透到外界蒸发。长时间使用后，热交换管内的冷却液会逐渐减少。此外，由于普通的单层冷却管的耐水解性能较差，长时间使用后，管道内侧容易老化，甚至产生裂缝，导致冷却管道内的冷却液外漏，进一步严重影响冷却效果，从而加大汽车的损耗，这对于汽车本身来说，无疑是一种实质性的缺陷。

因此，如何开发一种具有耐水解性能、防冷却液渗透的热交换管，满足新能源汽车中电池***的冷却管道要求，成为本领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种耐渗透性能较好的三层热交换管，本发明还提供该三层热交换管的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种耐渗透三层热交换管，包括：

内层，由PP(聚丙烯)材料制成；

粘合层，由含PP的粘合材料制成；和

外层，由PA12(聚酰胺12)材料制成。

优选的，所述的PA材料为PA12(聚酰胺12)。

优选的，所述粘合层的含PP的粘合材料为含有酸酐接枝类聚丙烯的粘合材料制成。

一种耐渗透三层热交换管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将内层、粘合层和外层的材料投入至多机头共挤挤出机中挤出三层管状机构；通过调整PA12和PP的不同比例，调整产品的厚度，来满足热交换管的耐渗透性。

步骤二、冷却成型；

步骤三、管子切割；

步骤四、热定型：按需求定型管。

优选的，所述的步骤一中内层的挤出温度为230-255℃，设置挤出料液压力为150-180bar。

优选的，所述的步骤一中粘合层的挤出温度为225-255℃，设置挤出料液压力为90-130bar。

优选的，所述的步骤一中外层的挤出温度为225-255℃，设置挤出料液压力为145-180bar。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的热交换管，其PP内层具有耐水解性能，能有效防止管内的冷却液渗出，使得本发明的热交换管具有耐渗透的特性，延长冷却液的使用寿命。本发明的热交换管，在持续60℃的温度环境下，热交换管的冷却液在重量损失上持续无明显变化，说明本发明的热交换管在汽车持续发动的状态下，本产品的热交换管仍能保持较好的冷却性能，防止冷却液通过管路材料渗透到外界蒸发。

2、本发明的热交换管，外层的材质为PA12材料，在热负荷下具有特别高的长期耐受性，能适应外部环境的变化；而且这种材料只吸收很少的水分，使得冷却管道在不断变化的环境条件下，仍几乎不受影响，解决了现有技术中单层冷却管道的使用问题，保证了冷却效果达到要求的同时，使得汽车电池***寿命更长，汽车部件的稳定性更好。

3、本发明热交换管的粘合层的材质为PP材料，与内外层材质具有极好的附着力，同时保持了较好的热稳定性，使得内层和外层不容易剥离。

4、本发明热交换管的重量相对较轻，既不占内部空间，也不增加汽车损耗；能适应电池包管路布置形式，具有良好的柔韧性，便于装配、包装。

附图说明：

图1为实施例1的光管的结构示意图

图2为波纹管的结构示意图。

图3为图2的截面示意图。

具体实施方式：

为加深本发明的理解，下面将结合实施案例对本发明作进一步详述。本发明可通过如下方式实施：

本发明的耐渗透三层热交换管，其由内至外的三层材料分别为：由PP材料制成内层、由含PP的粘合材料制成的粘合层、以及由PA12材料制成外层。粘合层用于粘合内层和外层。

内层的材质为PP材料，是一种热塑性树脂。具有较好耐水解性能、耐化学性和机械性能。在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀。能有效防止管内的冷却液渗出，使得本发明的热交换管具有耐渗透的特性，

粘合层的材质为PP材料，该PP材料为含有酸酐接枝类聚丙烯的粘合材料制成，即由改性聚乙烯、改性聚丙烯组成的一种改性聚烯烃，由于在聚烯烃链上引入了粘合性官能团，使之能与外层和内层都具有较好的附着力，粘合时拥有特强的粘合性；同时具有优异的加工性能。此外，该PP粘合层保持了聚烯烃的机械和耐热等特性，具有较好的热稳定性，能适应温度不断变化的环境。此外，用PP材料作为粘合层，一方面能与PP内层有相容性，另一方面其粘合性官能团在粘合过程能与PA外层发生化学反应，从而进一步增加粘合层与内外层的粘性。

所述的PA材料为PA12(聚酰胺12)，外层的材质为PA12材料，外层的PA12的热变形温度(0.45MPa,未退火)达到130℃，维卡软化温度(ISO306/A)可达到165℃。PA12材料在热负荷下具有较高的长期耐受性，能适用于温度不断变化的环境条件中。本发明的热交换管利用PA12材料作为外层保护层，以PP材料为内层防渗透层，保证了冷却效果达到要求的同时，使得汽车电池***寿命更长，汽车部件的稳定性更好。

实施例1

本发明的耐渗透热交换管可以做成为光管，该光管包括PP内层、粘合层和PA12外层。制备方法如下：

步骤一、将内层、粘合层和外层的材料投入至多复合挤出机挤出三层管状机构；设置内层的挤出温度为240℃，挤出料液压力为170bar；粘合层的挤出温度为240℃，挤出料液压力为120bar；外层的挤出温度为240℃，挤出料液压力为170bar。挤出时控制内层的厚度为min(最小)0.5mm，粘合层的厚度为min0.1，外层的厚度为min0.75mm，管壁厚度为1.5±0.15mm。

步骤二、冷却成型；

步骤三、管子切割；

步骤四、热定型成光管，形状可参考图1。

实施例2

本发明的耐渗透热交换管可以做成为光管，该光管包括PP内层、粘合层和PA12外层。制备方法如下：

步骤一、将内层、粘合层和外层的材料投入至多复合挤出机挤出三层管状机构；设置内层的挤出温度为245℃，挤出料液压力为160bar；粘合层的挤出温度为245℃，挤出料液压力为100bar；外层的挤出温度为245℃，挤出料液压力为155bar。挤出时控制其内层、粘合层、外层和整个管壁的厚度与实施例1相同。

步骤二、三、四同实施例1。

实施例3

本发明的耐渗透热交换管可以做成为波纹管，波纹管同样包括PP内层、粘合层和PA12外层。波纹管的结构如图2-3所示。

将本发明制得的样品进行以下性能测试：

1、断裂伸长率：

测试方法：将本发明的样品安装在测试平台上，拉伸样品管直到断裂，记录位移，计算断裂伸长率。

检测标准：断裂伸长率测试：拔出速度200mm/min；断裂伸长率≥150％。

测试结果：

2、负压测试：

测试条件：以空气为测试介质，测试压力为30mBar，环境压力1013mBar，测试温度22(+5/-2)，保压时间60S，循环次数5次。

检测标准：稳定后的最大泄漏值为0.5cc/min。

测试结果：测试的泄漏值在0.19-0.30之间，均符合要求。

3、侧面强度测试：

测试条件：

侧面负载泄漏测试：将样品安装至夹具上的公接头上，并密封住另一端。内部施加4bar的压缩空气。侧面施加152N的力，并检测其气密性。

侧面断裂测试：参照SAE J2044，将快插接头及管路总成安装至夹具上的公装头上，并以12.7±5mm/min的速度施加侧面力，直至达到特定力或者快插接头出现断裂。

测试标准：

侧面负载泄漏测试：侧向力F＝152N，最大泄漏量为0.5cc/min。

侧面断裂测试：侧向力＞200N。

测试结果：样品均没有发生损坏，符合要求。

4、室温***测试：

测试条件：在室温环境下，通入压缩空气/水压力，加压至3.5Bar，保压60S(应无泄漏)，之后以0.5bar为间隔加压至失效，每次加压保压60S，记录失效压力及位置。

测试标准：失效压力大于800KPa。

测试结果：失效压力在2.0-2.1MPa，均符合要求。

5、高温***测试：

测试条件：在高温85℃环境下，通入压缩空气/水压力，加压至3.5Bar，保压60S(应无泄漏)，之后以0.5bar为间隔加压至失效，每次加压保压60S，记录失效压力及位置。

测试标准：失效压力大于800KPa。

测试结果：失效压力在0.85-0.9MPa，均符合要求。

6、清洁度：

测试条件：将被试产品内腔注入占容积60％左右的防冻液，放在振荡频率为275次/min的震动试验台上震荡2小时，倒出溶剂，并用干净氮气冲净内腔，用1.6μ滤纸过滤，将滤纸过滤前后在60℃烘箱内蒸发1h后，恢复到室温，并分别测定滤纸试验前后的质量差。

测试标准：管内残余杂质量≤30mg，最大固体颗粒的粒径<1mm。

测试结果：管内残余杂质量≤26mg，最大固体颗粒的粒径<1mm，均符合要求。

7、耐高温测试：

测试条件：内部通入70％乙二醇和30％的水(体积比)、表压力:130Kpa、试验时间:450h、环境温度:110±5℃、介质温度:110±5℃、第200h进行密封性试验。

测试标准：目视检查不影响使用。

测试结果：目视检查样品外观无损伤，不影响使用，符合要求。

8、压力交变+温度交变

测试条件：试验介质70％乙二醇和30％的水，压力曲线为正弦分布，频率约1Hz，最低表压0.5±0.2bar，最好表压3.5±0.2bar，测试过程a、10000压力循环，介质温度＝-20±3℃，环境温度＝-40±3℃；b、90000压力循环，介质温度＝-80±3℃，环境温度＝80±3℃；c、10000压力循环，介质温度＝-20±3℃，环境温度＝-40±3℃；d、90000压力循环，介质温度＝-80±3℃，环境温度＝80±3℃。

测试标准：目视检查不影响使用。

测试结果：目视检查样品外观无损伤，不影响使用，符合要求。

9、生命周期：

测试条件：将接头加管路总成安装到夹具上，持续施加从7Hz到200Hz的振动，每小时频率调整三次。同时施加0至4bar变化的压力，每分钟调整一次。实验持续336h,只进行热运转测试(要求见SAEJ2044-2009)。其中，测试媒介采用G48/水，通过每个快接插头的流体流量为1.33Lpm士0.2Lpm，最大测试压力调整为4bar，最大环境温度调整为+100℃，最大媒介温度为+85℃。

测试标准：目视检查不影响使用。

测试结果：目视检查样品外观无损伤，不影响使用，符合要求。

从上述的1-9的断裂伸长率、负压测试、侧面强度测试、室温***测试、高温***测试、清洁度、耐高温测试、压力交变+温度交变、生命周期测试，可以看出，本发明的热交换管能满足普通热交换管在新能源汽车中所要求的性能。

10、耐渗透试验：

湿蒸汽渗透速率：将样品充满冷却液(乙二醇：纯水＝1:1(v/v))，置于60℃的环境下测试672h，期间更换4次冷却液。更换时间为第168h，336h，504h，672h。在672h后开始测量质量损失，从1008h开始，每24h称重一次；并继续保持在60℃条件下进行测试，直至1200h，并按如下公式计算总的质量损失和总渗透率。

总的质量损失，g＝672h的质量-1200h的质量

总渗透率，g/h＝总的质量损失/测试时间(528h)

测试结果如下表所示：

从上述渗透性测试中，可以看出在持续60℃的温度环境下，热交换管的冷却液在重量损失上持续无明显变化。说明本发明的热交换管在汽车持续发动的状态下，本产品的热交换管依然能保持较好的冷却性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耐渗透三层热交换管，其特征在于，包括：

内层，由PP材料制成；

粘合层，由含PP的粘合材料制成；和

外层，由PA材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种耐渗透三层热交换管，其特征在于，所述的PA材料为PA12。

3.根据权利要求2所述的一种耐渗透三层热交换管，其特征在于，所述粘合层的含PP的粘合材料为含有酸酐接枝类聚丙烯的粘合材料制成。

4.一种耐渗透三层热交换管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将内层、粘合层和外层的材料投入至多机头共挤挤出机中挤出三层管状机构；

步骤二、冷却成型；

步骤三、管子切割；

步骤四、热定型。

5.根据权利要求4所述的一种耐渗透三层热交换管的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中内层的挤出温度为230-255℃，设置挤出料液压力为150-180bar。

6.根据权利要求4所述的一种耐渗透三层热交换管的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中粘合层的挤出温度为225-255℃，设置挤出料液压力为90-130bar。

7.根据权利要求4所述的一种耐渗透三层热交换管的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中外层的挤出温度为225-255℃，设置挤出料液压力为145-180bar。

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