非金屬材料在甲醇燃料中的耐醇性方法研究

中圖分類號：U465 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2025.02.026

Abstract：Withtheextensiveapplicationofmethanolasanautomotivealternativeenergsource，thereliabiltofnonmetalic materialsinmethanolenvironmentshasbecomeacriticalissue.Thisstudysummarizes themethodsfortesting theresistantmethanol ofnonmetallcateralsncudingtstoditiosandtestshmesandpropoessentiallyeasoablestndardsforating themethanolresistanceperformanceofmaterials.Throughimmersiontestsonseventypesofnonmetalicmaterialsintwomethanol solutions，thetuysessedhangesinteuaitylue，andmechanicalpropertieoftematerialsinmethanoeints. Thisresearchprovidestheoreticalsupportandtechnicalguidancefortheselectionanddesignofnon-metalicmaterialsinmethanol environments，whilealsooferingimportantreferencesforthelight-weightingandreliabityenhancementofmethanol-related components in new energy vehicles.

Keywords：Nonmetallcmaterials;Methanolresistance;Experimentalmethod;Evaluationcriteria;Materialcharacteristics

0 引言

近年來，隨著全球新能源汽車的快速發展，甲醇憑借其低成本、低污染的特性，成為石油燃料的重要替代能源，它既能提升用戶經濟性，又符合碳中和”的環保需求。作為行業引領者，吉利正積極推動甲醇燃料汽車的廣泛應用。然而，甲醇作為一種有機溶劑，其所具有的分子量小、分子結構簡單，腐蝕性強，更容易進入到塑料、橡膠等非金屬材料中，對橡膠和塑料具有溶脹和龜裂作用，會加速材料老化，導致存儲、運輸、轉運等環節造成甲醇燃料污染，進而造成發動機拉缸、噴嘴堵塞、燃燒困難等故障；所以，研究非金屬材料的耐醇性可以減少相關故障的發生，為車輛使用提供保障。

非金屬材料對甲醇的耐受性已成為影響零部件使用壽命和燃油使用安全性的重要要求。非金屬材料的耐醇性試驗方法尚無統一標準；為了有效衡量非金屬材料的耐甲醇性能，就必須建立科學嚴謹的試驗方法和評價非金屬材料的耐醇性評價規范。

本研究旨在探討非金屬材料在甲醇環境中的可靠性表現，建立科學合理的試驗方法和評價規范，為涉醇零件的材料選型和設計優化提供理論支持和技術依據。同時，甲醇的獨特化學特性，如其良好的溶解性和水解反應特征，使其對材料的侵蝕作用具有特殊性，這也對非金屬材料的耐醇性試驗條件的設置和評定提出了更高要求。

1 研究調研

甲醇在工業、汽車等行業均有應用。在實際使用過程中，長期接觸甲醇的非金屬材料，其使用壽命也會受到環境溫度的影響，為此，各領域都在研究其相關耐醇性、溶脹性等內容，但結果差異較大。畢竟，對于非金屬材料的耐受性，暫無統一的測試方法，且無制定相關試驗條件的依據。

文獻1選取M30甲醇汽油，試驗溫度為常溫，試驗周期在4周內完成，分階段測試材料的變化；文獻2選取3種測試溶液：汽油、M15甲醇汽油、 M100 甲醇燃料，對4種橡膠材料O型圈做溶脹性測試，試驗溫度為 30^°C ，試驗周期為40天，分階段測試材料的變化；文獻選取93#汽油、工業甲醇和M15甲醇汽油作為浸泡溶液，對丁腈橡膠和尼龍2種材料做浸泡溶脹測試，測試溫度為 23^°C ，試驗周期為1個月，測試材料在不同階段的質量變化和體積變化；文獻選取 15% /45% 、 85% 的3種甲醇汽油混合液，浸泡3只采用不同橡膠材料的管路，在室溫下浸泡20天，測試材料的力學性能變化。鑒于市場上對非金屬材料的甲醇耐受性的檢測方法參差不齊，因此，制定一套科學可行的測試方法具有重要意義。

2 試驗方法的研究目的

對非金屬材料耐醇性試驗方法的研究主要是：

（1）建立科學的試驗標準，制定適用于評估非金屬材料耐甲醇性能的科學、合理的試驗方法和評價標準，為材料的選型和設計提供技術依據。

（2）有效評估材料性能。通過耐甲醇試驗方法的研究，系統評估非金屬材料在甲醇環境中的物理、化學和力學性能變化；通過試驗數據分析，篩選出適合甲醇環境應用的高性能非金屬材料。

（3）提升產品可靠性，為涉醇零部件的材料選型和設計優化提供支持，有助于減少材料在甲醇環境中的降解和污染，確保燃料系統的清潔性和安全性，符合低碳化、環保化發展的要求。

本研究成果可以為其他涉醇領域（如甲醇儲存、輸送等）提供參考。通過非金屬材料的耐甲醇試驗方法研究，積累非金屬材料在甲醇環境中的性能數據，為后續研發滿足耐醇性的材料提供依據。

總之，非金屬材料耐甲醇試驗方法的研究不僅能夠解決當前涉醇零部件在材料選型和設計中的技術難題，還能為甲醇汽車產業發展提供重要支持。

3 試驗準備

3.1試驗樣條

本研究通過分析材料的分子結構、化學和物理特性，最終選取了7種非金屬材料，包括：高密度聚乙烯（HDPE）、聚苯硫醚 （PPS+GF40） 、聚甲醛（POM）、聚丙烯 （PP+GF30） 、乙烯四氟聚乙烯（ETFE）、聚酰胺 （PA6+GF25） 和氟碳橡膠（FKM）。不同材料的樣條采用對應力學性能要求的標準樣條；測試不同非金屬材料在甲醇環境下定期的質量、體積及力學性能等性能變化。上述材料信息見表1。

3.2 試驗條件

（1）試驗設備：采用304不銹鋼或PTFE材料制成的耐甲醇腐蝕、耐高壓反應釜，確保試驗過程中溶液的穩定性和安全性。

（2）樣條準備：根據材料的力學性能要求，準備對應尺寸和規格的試驗樣條。

3.3 試驗方案

3.3.1 試驗溫度及周期

基于阿累尼烏斯加速老化的計算原理，結合商用車整車涉醇零部件的使用壽命要求，試驗溫度設定為 50^°C ，試驗周期為42天 （1008h） 。估算步驟如下：

（1）先計算加速因子AF，按下面公式計算：

式（1）中 ：E_a 為反應活化能（需針對材料－甲醇體系實測或引用文獻（如HDPE- -E_a≈100-120kJ/mol） ； R 為氣體常數， 為實際使用溫度，K ;T_test 為加速試驗溫度，50^°C 下 323.151lt;

（2）計算試驗時間：

t_test=t_use/AF

式（2）中 ：t_use- 實際使用壽命，按零件使用壽命設定 ;t_test 1加速試驗時間。

（3）需滿足B（10）壽命要求。

根據試驗溫度的設定，求取加速因子，再求取試驗時間，最后用B（10）壽命驗證設定數值的合理性。

3.3.2 溶液配比

在實際應用中， M100 甲醇燃料可能含有雜質，影響燃料的純度和材料的耐醇性能。本次研究采用2種不同的溶液配比方案進行耐甲醇的測試驗證。2種溶液方案中，方案一為增加了影響元素的甲醇溶液，增加元素由統計數據得到，其中甲酸、水、硫、有機氯均有超標，無機氯無超標樣本，詳見下圖1分析；方案二為M100甲醇燃料（甲醇含量 ?99.5% ）

方案一： 90% 以上 M100 甲醇燃料 + 含有甲酸/水/硫/有機氯的元素溶液（記為：A溶液）；

方案二： 100‰ 甲醇燃料（記為：B溶液）。

3.3.3 試驗方法

參照GB/T11547《塑料耐液體化學試劑性能的測定》和GB/T1690《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗方法》標準，開展塑料和橡膠材料的耐醇性測試。具體步驟如下：

（1）測試浸泡前的樣條及B溶液性能： ① 檢測B溶液的成分；② 記錄試驗樣條的質量、體積及力學性能。

（2）浸泡試驗樣條：將每種材料樣條分別浸泡在A、B2種溶液中，放置于50℃的恒溫箱中，確保樣條之間及樣條與容器壁盡量不接觸。（3）階段性測試樣條性能：按每10天的時間間隔取出要求數量的樣條，進行體積及質量變化率測試及拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等力學性能測試。（4）浸泡后分析溶液成分：試驗結束后，檢測B溶液的成分數據，與試驗前的溶液成分對比變化；并進行A、B溶液的蒸發殘渣全成分分析，明確殘渣的具體成分或存在物質。

4耐醇性試驗評價標準

（1）非金屬材料的性能評價：完成1008h耐醇性浸泡測試后，樣條的性能變化應滿足以下標準： ① 質量變化：浸泡前后質量變化率不超過 5% ； ② 體積變化：浸泡前后體積變化率不超過 15% ③ 力學性能變化：浸泡前后的力學性能（如拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等，不同材料存在差異）變化幅度不超過40% 。

（2）評價溶液的合格性： ① 浸泡后的B溶液成分不得超標（按M100甲醇成分要求對比）； ② 蒸發殘渣中不得含有對溶液或燃燒性能有影響的物質（如氯、硫及長鏈分子的膠狀物）。

5總結

本研究基于阿累尼烏斯加速老化原理，結合實際使用條件，制定了科學合理的耐甲醇試驗方案。綜合不同非金屬材料的特性，測算出滿足不同材料試驗需求的統一試驗方法，試驗溫度設定為 50^°C ，試驗周期為1008h，即可短時間完成老化試驗，又能確保試驗結果的可

靠性。通過兼顧實際使用環境和非金屬材料對M100甲醇燃料的影響，制定了2種甲醇溶液（A溶液和B溶液）的對比試驗，測試了非金屬材料隨浸泡時間增加的性能變化和浸泡后溶液的成分變化，從而得出非金屬材料的適用性。

本研究提出的耐甲醇試驗方法和評價標準，為非金屬材料在甲醇環境中的選材和設計提供了理論依據和技術支持。研究結果可直接應用于新能源汽車涉醇零部件的材料篩選，有效提升涉醇系統零件的可靠性和安全性。同時，試驗數據為后續高性能耐甲醇材料的研發奠定了基礎。

綜上所述，本研究為非金屬材料的耐醇性研究提供了系統的方法和標準化的評價標準，具有重要的理論意義和實際應用價值。

參考文獻

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