HZY6機動車輛制動液的研制

艾少華，艾焰華，趙景左，唐禮道，趙祖培，韓勝利

（1.湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄陽 441057；2.青海省有色地質測試中心，青海 西寧 810007）

機動車輛制動液也稱剎車油，是液壓傳動中傳遞壓力的工作介質。機動車在行駛中踩剎車，靠的是液態的機動車輛制動液去傳遞壓力，機動車輛制動液的產品質量好壞直接影響到駕駛員的生命安全[1]，為此，國家對于機動車輛制動液制訂了強制國家標準GB 12981[2，3]。GB 12981—2012標 準 中 規 定 了4個等級的機動車輛制動液，由低到高依次分別為HZY3、HZY4、HZY5和HZY6，分別對應制動 液 國 際 標 準ISO 4925—2005[4，5]中 的Class3、Class4、Class5和Class6。目前市面上常見的有HZY3、HZY4和少量的HZY5，而HZY6則幾乎沒有。HZY6強調的是超低溫運動黏度，因此，該型制動液有更好的耐低溫性能，即使在極寒地區也有良好的制動響應速度。隨著汽車輕量化要求的提升，制動系統的輕便和小型化趨勢也逐漸提上日程。例如，從設計角度上講，使用超低黏度的高等級制動液可以考慮降低制動管路的管內徑，從而達到減重的目的。此外，隨著用戶對安全性能要求的提升，高等級制動液HZY6的需求也會不斷增多，所以，研制相應等級的機動車輛制動液顯得十分必要。經過幾十年的發展，目前市面上制動液原材料已經十分豐富。本研究通過選擇合適的原材料直接進行復配制備HZY6機動車輛制動液，并對其性能進行測試和評價，以期研制出一種高品質的HZY6機動車輛制動液。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

多甲醚硼酸酯（MH510）、三乙二醇單甲醚（MTG）、三乙二醇單丁醚（TBG），工業級，江蘇天音化工有限公司；苯并三氮唑，工業級，南通康華化工有限公司；對羥基苯甲醚，優級品，法國羅地亞公司；甲基二乙醇胺、三乙醇胺，分析純，西隴科學股份有限公司。

腐蝕性和橡膠適應性測試標準金屬試片和橡膠試件，國家汽車質量監督檢驗中心（北京通州）。

1.2 實驗儀器

0.8 mm和2.5 mm品式黏度計，上海寶山啟航玻璃儀器廠；JSR1104型高溫運動黏度測定儀，湖南津市市石油化工儀器有限公司；DFYF-108D型低溫運動黏度測定儀，大連分析儀器廠；精密烘箱，美墨爾特公司。

1.3 制動液的制備

將主劑（MH510等）、稀釋劑（MTG、TBG等）、防腐添加劑（苯并三氮唑、對羥基苯甲醚等）、pH值調節劑（甲基二乙醇胺和三乙醇胺等）等依次加入到生產容器中，攪拌至物料全部溶解即可分裝待用。

1.4 性能測試

（1）平衡回流沸點：按照GB 12981—2012《機動車輛制動液》標準進行測試。

（2）濕平衡回流沸點：按照GB 12981—2012《機動車輛制動液》標準進行測試。

（3）-40 ℃低溫運動黏度：按照GB 12981—2012《機動車輛制動液》標準，采用低溫運動黏度測定儀進行測試。

HZY6與另外等級的制動液相比，其差異如表1所示。

表1 GB 12981—2012各等級制動液差異Tab.1 Difference of different grades brake fluids in GB 12981-2012

2 結果與討論

2.1 多甲醚硼酸酯的選擇

高等級合成制動液多采用多甲醚硼酸酯為主劑，尤其以多縮乙二醇甲醚硼酸酯應用相對最為廣泛，這是因為，以多縮乙二醇單甲醚硼酸酯配制的制動液具有較高的沸點，同時在-40 ℃時還有較低的運動黏度，此外還有減磨潤滑等作用，是較佳的制動液主體原料。目前常見的商品化多縮乙二醇單甲醚硼酸酯大多以三乙二醇單甲醚硼酸酯（MTGB）和MTG的混合物為主，具體見表2。

表2 常見的商品化多甲醚硼酸酯指標Tab.2 Quality indicators of common commercialized polyethyleneglycol monomethyl ether borates

一般MTGB含量越高，價格也較高，考慮到本身制動液在配制過程中就會添加多縮乙二醇單甲醚作為稀釋劑，為此，本研究考慮直接使用MTGB和MTG的混合物較為經濟。MH-510的平衡回流沸點和濕平衡回流沸點已高于HZY6要求，-40 ℃低溫運動黏度與HZY6要求已十分接近，繼續添加一定的稀釋劑就可以達到要求，因此，本研究選用MH-510作為主體原料。實驗表明，MH-510添加量以70%～80%較為合適。

2.2 稀釋劑的選擇

稀釋劑主要是為了降低制動液的黏度，一般采用沸點較高、黏度較低的多縮乙二醇單烷基醚，其中MTG稀釋效果較好，但是單獨作稀釋劑使用時會發現，測試腐蝕性和橡膠皮碗適應性的SBR皮碗的根徑存在縮小等問題，不能滿足GB 12981—2012標準的要求。這可能是因為多縮乙二醇單烷基醚的烷基為甲基時，化合物表現為較強的親水性，難以進入橡膠皮碗對其進行溶脹，反而橡膠皮碗中部分親水性組分被“萃取”出來，導致橡膠皮碗根徑縮小。為了解決這一矛盾，研究過程中引入了TBG。實驗表明：TBG可有效解決皮碗收縮問題，結果如表3所示。

表3 不同稀釋劑組合對制動液性能的影響Tab.3 Effect of different diluent combinations on performance of brake fluid

這可能是因為隨著多縮乙二醇單烷基醚中烷基碳鏈的增大，其整體親水性減弱，親油性增強，因而能夠進入皮碗對其溶脹，使其根徑增大，達到標準要求[6]。但添加過多也會出現過度溶脹而超出標準上限要求，綜合 考 慮 ， 選 用15%～25%的MTG和5%～15%的TBG組合稀釋劑較為合適。

2.3 防腐添加劑的選擇

防腐添加劑的作用是為了防止或減少制動液對制動系統金屬部件和橡膠皮碗的腐蝕和氧化，確保整個制動系統安全可靠。一般有苯并三氮唑類、磷酸酯類、弱酸、叔胺類和酚類等[7]。本研究采用苯并三氮唑、對羥基苯甲醚作為防腐添加劑組合，苯并三氮唑對銅等金屬的防腐效果較好，對羥基苯甲醚對防止金屬和橡膠的氧化效果較好。實驗表明，2者添加比例低于0.2%時，金屬和橡膠的腐蝕性、金屬抗氧性達不到標準要求，高于0.6%時，雖能達到要求，但是產品成本過高。綜合考慮，2者添加比例各在0.2%～0.6%較為合適。

2.4 pH調節劑的選擇

國家標準規定制動液pH值在7.0～11.5，但由于多甲醚硼酸酯呈弱酸性，pH值為4.0～6.0，因此需要對體系的pH值進行調節。業內一般采用有機胺類物質作為pH值調節劑對體系的pH值進行調節，本項目研制過程中選擇了甲基二乙醇胺和三乙醇胺作為pH值調節劑進行實驗。試驗中發現，使用三乙醇胺作為pH值調節劑時，制動液腐蝕性測試后的液體會出現渾濁現象，這可能是三乙醇胺對多甲醚硼酸酯水解穩定性存在影響導致的[8]，而甲基二乙醇胺未發現類似問題，因此最終優選了甲基二乙醇胺作為pH值調節劑。另外試驗中發現，有機胺類pH值調節劑的添加會導致制動液運動黏度出現明顯上升。這可能是隨著有機胺的加入后體系更容易形成氫鍵，導致體系黏度上升。如果甲基二乙醇胺添加過多，-40 ℃低溫運動黏度可能會超出標準要求。為平衡這種矛盾，綜合考慮，選擇將制動液的pH值控制在7.0～9.0較為合適。實驗表明，甲基二乙醇胺添加量在0.8%～1.5%時，可以滿足要求。

2.5 性能測試結果

該制動液性能優異，產品經國家汽車質量監督檢驗中心（北京通州）測試，數據同時符合GB 12981—2012 標準中HZY5和HZY6要求，具體數據如表4所示。

表4 研制的HZY6制動液測試數據Tab.4 Test data of developed HZY6 brake fluid

試驗后金屬外觀 無可見坑蝕和點蝕，允許痕量膠質沉積，允許試片脫色。 無可見坑蝕和點蝕試驗后試液性能外觀pH值沉淀物（體積分數）/%試驗后橡膠皮碗狀態外觀硬度降低值根徑增值/mm體積增加值/%低溫流動性和外觀（-40±2）℃/（144±2）h外觀氣泡上浮至液面的時間/s沉淀物（50±2）℃/（66±0.2）h外觀氣泡上浮至液面的時間/s沉淀物無凝膠，在金屬表面無黏附物7.0～11.5≤0.1無凝膠，無附著物7.94 0.00表面不發黏，無炭黑析出≤15≤1.4≤16表面不發黏，無炭黑析出2 0.66 8.4清亮透明均勻≤10無清亮透明均勻1.2無清亮透明均勻≤35無清亮透明均勻2.2無蒸發性能[（100±2）℃/168 h）]蒸發損失/%殘余物性殘余物傾點/℃≤80用指尖摩擦時，沉淀中不含有顆粒性砂粒和磨蝕物≤-5 61.1沉淀中不含有顆粒性砂粒和磨蝕物≤-5容水性[（22±2）h]-40 ℃外觀氣泡上浮至液面的時間/s沉淀物60 ℃外觀沉淀量（體積分數）/%清亮透明均勻≤10無清亮透明均勻1.4無清亮透明均勻≤0.05清亮透明均勻0.00液體相容性-40 ℃外觀沉淀60 ℃外觀沉淀量（體積分數）/%清亮透明均勻無清亮透明均勻無清亮透明均勻≤0.05清亮透明均勻0.00抗氧性[（70±2）℃/（168±2）h]金屬片外觀 無可見坑蝕和點蝕，允許痕量膠質沉積，允許試片脫色 無可見坑蝕和點蝕金屬片質量變化/（mg/cm）2

鋁鑄鐵-0.05～0.05-0.3～0.3-0.01-0.04橡膠適應性[（120±2）℃/（70±2）h]丁苯橡膠（SBR）皮碗根徑增值/mm硬度降低值/IRHD體積增加值/%外觀三元乙丙橡膠（EPDM）試件硬度降低值/IRHD體積增加值/%外觀0.15～1.4 15 1～16不發黏，無鼓泡，不析出炭黑0.76 4 9.0不發黏，無鼓泡，不析出炭黑15 0～10不發黏，無鼓泡，不析出炭黑2 1.4不發黏，無鼓泡，不析出炭黑

3 結論

采用70%～80%多甲醚硼酸酯MH-510作為主劑、15%～25%的MTG和5%～15%的TBG組合作為稀釋劑、各0.2%～0.6%的苯并三氮唑、對羥基苯甲醚作為防腐添加劑、0.8%～1.5%甲基二乙醇胺作為pH調節劑制備了一種HZY6制動液。其生產過程不涉及合成，工藝簡單。該制動液各項性能優異，能同時滿足GB 12981—2012《機動車輛制動液》標準中HZY5和HZY6標準要求。

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[4]ISO 4925-2005,Road vehicles-Specification of non-petroleum-base brake fluids for hydraulic systems[S].the International Organization for Standardization,2005.

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