国内外汽车制动液的发展现状及趋势

郑东东 刘志强

摘要:制动液是汽车液压制动系统的工作介质,制动液的质量必须满足汽车制动性能的要求,随着汽车技术的不断发展,制动液的质量也在不断提高,其标准也随之在改变。文章介绍了国内外汽车制动液产品质量标准现状和技术水平的发展,并预测了今后我国汽车制动液的发展趋势:随着汽车工业的发展,具有优良高、低温性能的硼酸酯型中、高档合成型制动液将得到更大发展。

关键词:制动液;标准;现状;发展趋势

中图分类号:TE626.32 文献标识码: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

汽车制动液又称为刹车油或刹车液,是用于汽车液压制动系统中传递压力、使车轮制动器实现制动作用的一种功能性液体。自从20世纪30年代汽车开始使用制动液以来,经历了蓖麻油醇型制动液、矿物油型制动液和合成型制动液。

蓖麻油醇型制动液平衡回流沸点低一般只有80 ℃,高、低温性能差,高温下使用易产生气阻,低温下使用易发生制动迟缓而导致刹车失灵;矿物油型制动液对天然橡胶皮碗适应性差,易胀裂发生事故,与水不相容,进入少量水后,容易在高温下产生气阻,影响制动力的传递。因此,我国和其他许多国家已基本不再使用蓖麻油醇型制动液和矿物油型制动液。

现在主要使用合成型制动液,它主要有醇醚型、酯型和硅油型三大类型,使用最多的是醇醚型和酯型。

自合成型制动液问世至今,引起各国制动液制造厂家的广泛兴趣,为此美国联邦运输部(DOT)于1972提出了DOT3、DOT4、DOT5制动液标准,并为了满足汽车行业发展的需要,对制动液的要求越来越严格,逐渐形成以SAE J系列和DOT系列为代表的完善的合成型制动液标准体系,代表着当今世界制动液的技术水平和发展趋势。

1 国内外汽车制动液标准现状

目前,世界上许多国家都制订了相应的制动液产品标准以保证制动液产品的品质,其中比较典型的有:美国汽车工程师协会SAE J1703/1704/1705系列、美联邦车辆安全规范FMVSS NO.116 和国际标准ISO 4925。其主要技术指标见表1。

SAE系列标准概括面最广,更新速度最快,基本与汽车工业发展要求同步。最早于1946年颁布了SAE 第一个制动液标准SAE J70“液压制动液”;1967年颁布了SAE J1702、J1703标准,SAE J1702标准于1987年被取消,SAE J1703标准的一些技术指标经过多次修订,现在已是2004年版;1985年颁布了SAE J1705“低容水性制动液”标准,1997年颁布了SAE J1704“硼酸酯型制动液”标准。

美联邦车辆安全规范 FMVSS NO.116,最早发布于1969年,此后经过多次修订,FMVSS NO.116(1999)将制动液分为DOT3、DOT4、DOT5、DOT5.1级四个牌号,现行有效的FMVSS NO.116(2004)又将制动液分为DOT3、DOT4、DOT5级三个牌号。

ISO 4925标准由于要在世界范围内使用,其列出的试验条件针对世界上所有国家生产和使用现状,应当说属于国际上对制动液要求的最低水准,但它对各个项目试验的要求较细,在一般情况下,试验条件很难满足要求,起初1978年ISO 4925标准只规定了一个产品标准,现行有效的ISO 4925(2005),基本等效采用了DOT系列标准,只是增添了特别针对严寒地区使用的低温产品标准(等级6)[1],这也从侧面反映了国际上制动液技术水平的提高。

现行的SAE J1703/1704/1705系列、美联邦车辆安全规范FMVSS NO.116 和国际标准ISO 4925之间除了质量级别的划分(见表1)有所不同外,主要还存在以下差异:

(1)SAE系列与FMVSS NO.116标准都包含了蒸发性能(间断法)和行程模拟性能试验,而ISO 4925没有。

(2)SAE系列和ISO 4925的橡胶适应性试验规定了两种试验橡胶:丁苯和三元乙丙橡胶,FMVSS NO.116标准只规定了一种丁苯橡胶。

此外,国际上一些较大的汽车生产厂商从保障产品质量和维护顾客利益,以及出于自身技术角度考虑,也制订了含有各自不同特殊要求的制动液产品标准,如GM HN1796、MB DBL-7760、GM(欧洲)L-5301等,但主要技术指标均是参照SAE、FMVSS NO.116作为生产制动液的质量标准。

为适应我国汽车工业快速发展的需要,参照国外产品的先进指标,结合中国制动液生产和使用状况,1989年颁布了第一个制动液国家标准GB 10830-89《汽车制动液使用技术条件》,规定了合成型汽车制动液规格JG0、JG1、JG2、JG3、JG4、JG5,共6个级别。1991年,国家质量技术监督局批准和发布实施了GB 12981-91《HZY2、HZY3、HZY4合成制动液》国家标准,标准中的HZY3和HZY4产品的技术要求基本上与国际通用的DOT3、DOT4产品相对应。我国现行的制动液标准GB 12981-2003《机动车辆制动液》为强制性标准,取代了GB 10830-l998和GB 12981-91两个标准,实现了统一。该标准将制动液分为HZY3、HZY4、 HZY5共3个产品标准,分别对应DOT3、DOT4、DOT5。

现行的GB 12981-2003与FMVSS NO.116标准相比主要存在以下差异:

(1)在金属腐蚀性能中,GB 12981-2003其试验材料仍含有锌片,而FMVSS NO.116标准已经取消。

(2)B12981-2003规定了两种试验橡胶:丁苯和三元乙丙橡胶,FMVSS NO.116标准只规定了一种丁苯橡胶。

(3)GB 12981-2003利用连续试验法测定蒸发性能,而FMVSS NO.116标准使用的是间断法。

除国标外,还有两项比较特殊的标准,2000年由国家机械工业局提出,汽车行业有关单位制订了我国汽车行业制动液标准:QC/T 670-2000,2002年,我国又制订了国家军用标准GJB 4365-2002《军用汽车通用合成制动液规范》。

2 国内外汽车制动液研究发展现状

在合成型制动液中,醇醚型制动液于20世纪50年代研制成功,主要采用的是聚乙二醇醚体系。该类制动液具有较高的平衡回流沸点、较低的低温粘度、良好的橡胶适应性,对金属的腐蚀较低,但聚乙二醇醚吸收空气中的水分后易水解,生成低沸点共沸物或少量酸性物质,导致高温性能下降,使用条件苛刻时容易发生气阻,随着水分含量的增加,低温粘度增大,低温性能下降,另外也会降低制动液对金属的防护性能,加快制动系统金属零部件的锈蚀。

20世纪70年代初,随着汽车工业和高速公路的发展,具有更高干、湿平衡回流沸点、较低低温粘度和低水敏感性的酯型制动液成为各国制动液制造厂家的研究热点。由于硼酸酯能与水发生化学反应而减少制动液中溶解水或游离水的存在,从而改变酯型制动液的水敏感性能,因此,硼酸酯型制动液得到快速发展。有资料表明,美、欧、日等发达国家对乙二醇醚及其硼酸酯型制动液进行了大量研究,如美国奥林化学公司于1971年首先获得了相关领域的第一个专利[2],此后,美国道化学公司、联合碳化物公司、日本三洋化学工业公司、东邦化学工业公司、油脂公司、中央化学工业公司、德国BASF公司、HOECFIST公司、英国帝国化学工业公司以及法国、俄罗斯等国的有关厂家都做了许多研究工作。日本1983年发表的“硼酸酯型制动液”和美国1987年发表的 DOT4制动液进展”报告表明,DOT4制动液主要就是硼酸酯型制动液[3]。

随着对乙二醇醚及其硼酸酯技术研究工作的深入,进入80 年代后,人们又相继研制出了具有比DOT4制动液高、低温性能和使用寿命更优异的乙二醇醚硼酸酯型超级DOT4和DOT5.1制动液。其中超级DOT4制动液是欧洲国家在DOT4制动液基础上研制的具有更高干、湿平衡回流砩点、更好低温性能和更长使用寿命的高质量合成制动液。欧洲最有发展前途的制动液就是超级DOT4制动液,虽然它不是一个正式的制动液级别,但被许多汽车厂家认可,并得到广泛应用。DOT5.1制动液是满足DOT5性能指标要求的合成硼酸酯型制动液。最近,人们开始研制符合DOT4、DOT5.1标准的低温性能更加优异的制动液,有专利报道已经能研制出-40 ℃粘度小于700的DOT5.1和-40 ℃粘度小于500的DOT4的硼酸酯型制动液[4]。

目前,欧洲主要使用DOT4、超级DOT4制动液,很少使用DOT3制动液,DOT5或DOT5.1制动液的使用量也较少。德国使用的制动液质量等级更高,市场上几乎100%是DOT4、超级DOT4和DOT5.1产品。日本和美国车辆主要使用DOT3、DOT4制动液,但DOT4以上级别制动液的使用量越来越多。表2是国际上一些大公司的制动液产品主要技术数据[5]。

在硅油型制动液研究方面,美军为了实施其全球作战战略,早在1967年就开始了硅酮型制动液研究,1978年又颁布了MIL-B-46176硅酮型全天候汽车通用制动液规格。虽然与醇醚硼酸酯型制动液相比,硅酮型制动液具有更优异的高、低温性能,吸水性小,且吸水后的粘度和沸点几乎不变,是一种全天候的制动液,但其成本是醇醚型制动液的2~3倍,并与醇醚型制动液不相容,所以到目前为止,硅酮型制动液主要在美军车辆及少数特种车辆上使用,其他国家车辆使用较少。80年代人们又成功研制出了硅酯型制动液,在保持硅酮型制动液优异的高、低温性能基础上,解决了与硼酸酯型制动液的相容性问题。随后在赛车中得到了广泛使用[6]。

与国外制动液的研究状况相比,中国制动液研究工作长期处于落后状态,近年来才有所改善,浙江大学、北京化工大学、总后勤部油料研究所、无锡市高润杰化学有限公司、鞍山利迪股份有限公司、福建蓉中石油化工厂、张家港迪克汽车化学品有限公司等单位对汽车制动液进行了较多的开发研究工作,并且已经有厂家生产出了质量较优的中、高档制动液产品,见表3。

其中,由中国人民解放军总后油料研究所与无锡市高润杰化学有限公司、张家港中凯化工公司合作研制成功的醇醚硼酸酯型“军用汽车通用合成制动液”质量指标已达到DOT5.1要求。

根据1999年的不完全统计,我国已有各种类型的汽车制动液生产厂家600余家,年产量约为15000～18000 t。目前,虽然加强了对制动液生产企业的整顿和规范,但制动液生产厂家仍有数百家,其中具备完整检测手段和开发能力的企业所占比例较少[7]。因此制动液市场部分产品质次价低的现象依然存在,国家质量技术监督局在2005年第2季度对北京、天津、上海、江苏、浙江、福建、陕西等7个省市47家企业生产的机动车制动液产品进行了抽查,制动液产品的抽查结果显示,目前不少机动车制动液产品质量状况不佳,本次抽查合格率仅为45%。

另外,中国制动液的研发水平与发达国家相比在某些细节方面仍存在不足,例如,硼酸酯型制动液的耐水性和水解稳定性一直是很重要的指标,在使用上,人们希望制动液要有良好的耐水性,在贮存上,又希望制动液具有很好的水解稳定性,这就要求硼酸酯型制动液既要水解,又不能水解太快或太多。而现有的国内的一些专利象CN1107506A、CN1315494A、CN1355279A等单方面侧重于使用,更多的考虑耐水性,忽视了水解稳定性。

3 我国汽车制动液的发展趋势

制动液新产品的开发与应用以及标准的修订都是为满足汽车液压制动系统对高性能的制动液产品需要而进行的,例如现代汽车制动系统,由于汽车平均速度的增加及密闭式车轮设计导致空气流动不好,使制动液要承受更高的温度,要求制动液必须有更好的高温性能,防止制动液因气化而产生气阻,导致制动失灵;ABS制动防抱死系统的采用,要求制动液具有更好的流动性和抗气阻性能;制动系统的设计,无法完全阻止水分进入制动系统,而水分的进入会使制动液的沸点和粘度下降,影响制动性能,为适应潮湿气候环境,要求制动液有较高的湿沸点即低水敏感性;制动系统中有各种金属零部件,要求制动液不应对零部件产生腐蚀,否则会使制动泵中的活塞和缸壁间隙增大,产生泄漏,导致压力下降,制动失灵,现在一般商用车的制动泵壳体采用铸铁,要求制动液具有良好的防锈性能,因此新修订的GB 12981-2008将其列入了非强制性考核指标。

随着近年来我国汽车工业的发展趋势已逐渐向国际水平靠近,同时,国外生产的高性能车辆也不断地进入我国,低档DOT3醇醚型合成制动液使用量所占比例将越来越小,中、高档DOT4、DOT5.1醇醚硼酸酯型合成制动液由于其优异的高、低温性能和良好的性价比将得到更大的发展,硅酮型DOT5制动液因其生产成本高,以及与醇醚型、醇醚硼酸酯型合成制动液不相容,发展前景将受到一定限制,硅酯型制动液虽然在赛车中得到广泛使用,但要将其应用于普通车俩,仍要经历一段时间。

综上所述,我国汽车制动液总体质量技术水平已经发展到了较高的水平,已经能够满足各种车辆的使用要求。但汽车行业发展的日新月异,相应的汽车制动液的性能指标不断提高与完善,随着制动液组成配方研究以及相应的性能试验工作进一步深入开展,届时,我国汽车制动液的质量技术水平将得到更加全面的发展。

参考文献:

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[2] Arthur W Sawyer, David A. Water-Insensitive Hydraulic Fluids Containing Boratr Esters: US, 3625899[P]. 1971.

[3] 叶少林,冷观俊.国内外合成制动液现状与发展趋势[J]. 石油商技,2001(3):5-8.

[4] Tammy Tyler Shannon, Brian Terry Keen. Low Viscosity Functional Fluids Compositions: US, 6558569[P]. 2003.

[5] 颜自力.制动液标准的发展[J]. 石油商技,2004(2):41-47.

[6] 王军,刘文彬,史爱峨.汽车用制动液、传动液及添加剂[M]. 北京:化学工业出版社,2006.

[7] 冷观俊,陈德友,周建军,等.汽车制动液[M]. 北京:化学工业出版社,2003.

收稿日期:2008-08-06。