車用乙醇汽油的腐蝕性和溶脹性研究進展

2023年12月31日發(作者：綻放的微笑)

第49卷第11期2021年6月廣州化工Guangzhou

Chemical

IndustryVol.

49

No.

11Jun.

2021車用乙醇汽油的腐蝕性和溶脹性研究進展王顯妮，周曉慧，李楚璇（陜西省石油化工研究設計院，陜西西安710054）摘

要：綜述了乙醇汽油的腐蝕性和溶脹性的研究動態，內容涉及乙醇汽油對發動機金屬零部件的腐蝕性研究和金屬腐蝕

抑制劑研究；乙醇汽油對橡塑制品及材料的溶脹性研究。文中指出，可通過更換金屬原材料、調整橡塑材料、優化生產工藝或者

在乙醇汽油中加入一定量的金屬緩蝕劑及抗溶脹添加劑等途徑延緩或減小其腐蝕性和溶脹性；并指出乙醇汽油今后的應用推廣速

度。關鍵詞：乙醇汽油；腐蝕性；溶脹性；橡膠；發動機中圖分類號：TQ517.4；

TG178；

TQ336

文獻標志碼：A

文章編號：1001-9677（2021）011-0010-03Study

on

Corrosion

and

Swelling

Properties

of

Ethanol

Gasoline

for

VehiclesWANG

Xian—ni,

ZHOU

Xiao-hui,

LI

Chu—xuan(Shaanxi

Rearch

Design

Institute

of

Petroleum

and

Chemical

Industry,

Shaanxi

Xi'an

710054,

China)Abstract:

The

rearch

trends

of

the

corrosivity

and

swelling

of

ethanol

gasoline

were

reviewed,

including

the

rearch

on

the

corrosion

of

ethanol

gasoline

to

engine

metal

parts

and

metal

corrosion

inhibitors,

and

the

rearch on

the

swelling

property

of

ethanol

gasoline

on

rubber

and

plastic

products

and

materials.

It

was

pointed

out

that

the

corrosion

and

swelling

properties

of

ethanol

gasoline

can

be

delayed

or

reduced

by

changing

metal

raw

materials,

adjusting

rubber

and

plastic

materials,

optimizing

production

process,

or

adding

a

certain

amount

of

metal

corrosion

inhibitor

and

anti

swelling

additive

into

ethanol

gasoline,

and

the

application

speed

of

ethanol

gasoline

in

the futurewas

pointed

words：

ethanol

gasoline；

corrosion；

swelling

property；

rubber；

engine隨著全球石油能源的日益短缺、環境污染的日趨嚴重、溫

室效應引起的全球變暖問題以及環保要求的愈來愈嚴格，尋求

高效綠色的能源替代品是目前世界各國關注的焦點之一，從而

產⑵，優化我國能源結構。乙醇汽油與無鉛汽油相比較，汽車的動力性和經濟性提升

（低比例乙醇含量及高原地區隨著海拔的升高優勢更加明

顯⑶）、污染物排放減少；但是乙醇自身的理化性能導致乙醇

醇類含氧燃料應運而生。我國目前可以陳糧、甘蔗、高粱稈、

木薯以及纖維素和其他廢棄物等生物質為原料，通過生物合成

法生產乙醇或者以煤炭資源為原料，采用化學合成法生產乙醇

（目前主要發展以生物質能源為主要生產原料），因此采用乙醇

替代部分汽油，是解決石油能源危機、減輕環境污染及推動糧

食轉化的有效方法之一。我國從20世紀80年代就開始了乙醇汽油的研究和應用，

在2001年和2018年分別頒布了《車用乙醇汽油E10》《車用乙

汽油在使用過程中存在熱值低、蒸汽熱大引起的冷啟動困難

（存在于高比例的乙醇含量）、對金屬產生腐蝕、對橡塑材料易

產生溶脹等問題，其中腐蝕性和溶脹性是較為值得關注的一個

問題。本文通過查閱大量文獻和專利，對乙醇汽油的溶脹性和

腐蝕性進行了歸納總結，為乙醇汽油的未來推廣應用提供一定

的參考價值。醇汽油E85》標準，目前已有11個省在試點推廣乙醇汽油，除

了廣西、重慶出臺了地方性乙醇汽油標準外，其余省市均執行

1乙醇汽油的腐蝕性研究乙醇很容易吸水，含有水分的乙醇汽油在生產、運輸及儲

存過程中會產生少量的有機酸，并且在燃燒過程中也能產生乙

醛和乙酸，這些物質均使汽車發動機油路系統中燃油泵、油

箱、化油器等的金屬零部件（如：銅、鐵、鋁、鉛、鎂、鋅及

它們的許多合金）發生不同程度的腐蝕，對汽車的發動機壽命

有著較大影響。王宗廷等⑷研究金屬在含水和乙酸的乙醇汽油（E10）中的

失重率時發現，不同的金屬在乙醇汽油中都有不同程度的腐

蝕，其中黃銅產生的腐蝕最為嚴重。國家標準。2017年下半年，國家下發了全國使用車用乙醇汽油

的方案，這意味著乙醇汽油將得到全民推廣。乙醇汽油隨著乙醇用量的增加，其辛烷值增高，從而提升

其抗爆性能；同時乙醇汽油含氧量的增加，使得燃燒更為充

分；相對于汽油，燃用乙醇汽油的車輛CO排放下降約30%,

HC排放下降10%,

NOx排放隨車型變化有不同影響⑴，有節

能、環保的作用；另外，乙醇制備原料來源豐富，且乙醇汽油

的生產工藝已經十分成熟，足以支持乙醇汽油的規模化生

■■基金項目：陜西省重點研發計劃（一般項目）（No：

2020GY-308）。第一作者：王顯妮（1978-）,女，本科，工程師，主要從事橡膠配方和工藝的研究。

第49卷第11期王顯妮，等：車用乙醇汽油的腐蝕性和溶脹性研究進展11另有研究發現，乙醇汽油中的乙醇含量小于10%且不含乙

酸時，金屬基本無腐蝕；存在微量乙酸時，紫銅的腐蝕性會隨

著乙醇濃度增大而上升；隨著溫度的升高或者乙酸含量的增

加，紫銅在乙醇汽油中腐蝕程度也隨之增加，同時黃銅也有一

定程度的腐蝕，但是其他金屬基本不受腐蝕影響。張帥等⑸發現汽車使用乙醇汽油后，常規汽油發動機各零

部件的腐蝕和磨損風險增加。這種風險主要體現在氣缸、活塞

以及火花塞和進氣門座圈、出氣門座圈等零部件。究其原因可

能是：（1）乙酸能使金屬表面發生直接性腐蝕，形成腐蝕磨損；

（2）乙醇中的乙酸能與潤滑油、抗氧防腐劑發生反應，從而造

成潤滑油稀釋或者嚴重乳化，以致防腐作用下降甚至失效，加

快了各摩擦部位的腐蝕與磨損速度；（3）乙醇和汽油相比，不

易氣化，容易流入汽缸壁，導致潤滑油膜更易被沖洗掉而磨損

加重；這些因素均會導致汽車的耐久性變差。解決發動機金屬零部件因使用乙醇汽油而產生的腐蝕問

題，可以采用如下兩種辦法：一是改變發動機用各金屬零部件

材料（采用耐腐蝕的材料）或者對金屬材料表面進行處理或者優

化、改進制造工藝和設計等，如國外在使用高比例乙醇（E85

或E100）時，通常使用適合燃用乙醇的特制發動機、活塞環鍍

箔、激光熔覆處理氣缸表面等；二是在乙醇汽油中加入合適的

金屬緩蝕劑（腐蝕抑制劑），緩解或抑制乙醇汽油對發動機系統

的腐蝕，以獲得相應的緩蝕效果。這類防腐蝕的方法簡單、易

操作，因此目前研究比較多。王慶超等同公開了一種燃料汽油

用多金屬緩蝕劑（甲基苯三哩5%

~25%、十七烯基咪哩咻胺鹽

無灰防銹劑7%

~25%、聚乙烯毗咯烷酮2%

-15%,溶劑）專

利，該緩蝕劑可以更有效地緩解金屬片在乙醇汽油中的腐蝕程

度。另外，為了延長發動機壽命，張帥、馬瑞埴閔等研究了機

油因使用乙醇汽油而出現的老化風險。全合成機油可增加發動

機的抗老化性與磨損性，解決機油存在的老化風險。2乙醇汽油的溶脹性研究乙醇是一種優良的燃料，也是一種優良的溶劑，且乙醇汽

油中的水分會引起酸的電離，二者使汽車用橡膠件及合成非金

屬材料零件（樹脂、塑料）的酸腐蝕加劇，進一步出現溶脹、軟

化等現象。在乙醇汽油中，塑料制品會出現溶脹、變粘等現

象，橡膠制品也會發生溶脹、變硬、變脆或變軟等現象，纖維

墊片則會逐漸軟化而出現漏油現象。汽車的燃油供給系統中也

有許多橡膠、塑料零件，其中與乙醇汽油接觸的零件受影響最

為嚴重。臧杰等"⑷研究了乙醇汽油對燃油壓力調節器的橡膠膜片

和發動機燃油管的溶脹性能影響。結果發現，和普通汽油相

比，橡膠膜片和燃油膠管在乙醇汽油中產生的溶脹更加嚴重,

且復合燃油管發生的溶脹程度比單用丁睛橡膠的膜片明顯。為

了保證橡膠膜片和燃油管的正常使用，通過更換生膠的方式提

升了溶脹性。為了提高抗溶脹性，燃油管也常采用其他材料。崔健等切

研究乙醇汽油（E0、E10、E50和E85）對燃油管路中尼龍管的

影響時發現，隨著乙醇含量的增加，單層尼龍管較多層尼龍管

的溶脹嚴重；并且在乙醇汽油中含阻隔層的多層尼龍管抗溶脹

性最好。拓宏兵等皿1研究了不同生膠的橡膠圈在不同乙醇含量和

對應加入添加劑的乙醇汽油中的溶脹性能。結果發現，隨著乙

醇含量的增大，其中氟橡膠圈（n

）和丁睛橡膠圈的溶脹在E15

和E15對應的添加劑中達到了頂峰，氟橡膠圈（I）的溶脹一直

在增大，而硅橡膠圈則一宜減小；且四種橡膠的溶脹性差別比

較大，氟橡膠圈（I）最好，丁睛橡膠圈次之，氟橡膠圈（U）較

次，硅橡膠圈最次（這可能是乙醇汽油導致硅橡膠的基本結構

發生了變化），其中丁睛橡膠具有良好的成本優勢；同時在乙

醇汽油中加入添加劑可以提升橡膠的抗溶脹性。佟玲研究時發現，在乙醇汽油中，聚氨酯化油器浮子的

溶脹增大，手感顯著變軟；而油位傳感器圓浮子和細油管產生

的溶脹更是明顯；輸油管和0型圈在經過浸泡也有不同程度的

溶脹。張永光〔也等通過對比研究發現，車用乙醇汽油對汽車的

化油器密封圈、密封墊及非金屬進油管和電噴油嘴墊圈均有明

顯的溶脹。橡膠材料因各自特性的不同而表現出不同的耐油性。張永

光等〔閔也對常用的國產橡膠材料進行了試驗對比，其在車用乙

醇汽油中的溶漲性從大到小依次為：丁基膠、硅橡膠、天然

膠、丁苯膠~乙丙膠、順丁膠、氫化丁睛膠、丁睛膠、氟橡

膠、聚氯醞（即氯醇膠）~氯化聚瞇~氯丁膠。另外，宋中勤

等mi通過試驗對比了橡膠材料在汽油和乙醇汽油E10中耐油

性能。結果顯示，和汽油相比，乙醇汽油中大部分橡膠材料的

體積變化率有不同程度的增大，氯瞇橡膠和丁睛橡膠/聚氯乙

烯的體積變化率略有下降；而在兩種油中均是丙烯酸酯橡膠產

生的溶脹最大，次之為丁睛橡膠、丁睛橡膠/聚氯乙烯、氫化

丁睛橡膠、氯瞇橡膠，氟橡膠產生的溶脹最小，其中丁睛橡膠

/聚氯乙烯的溶脹性能和成本均適中，最有參考使用價值。同一類橡膠材料中耐油官能團的含量對其抗溶脹性有著較

為明顯的影響。崔健等⑼研究了不同乙醇含量的乙醇汽油（E0,

E10,

E20

E100）對不同氟含量的氟橡膠的體積溶脹影響，

氟含量越高，氟橡膠的抗溶脹性越好；在乙醇含量為20%

~

40%時，所試驗氟橡膠的體積溶脹均處于較大值范圍，并且在

乙醇含量為25%時體積溶脹達到了最大。橡膠材料的溶脹性能和制品的厚度往往也是密不可分的。

魏彤軒（編譯）［14］研究氟橡膠在乙醇汽油中的溶脹和硫化膠厚

度、試驗溫度之間的關系時發現，隨著硫化膠厚度的增加，氟

橡膠溶脹降低；在同一厚度下，溫度的升高則會加劇氟橡膠的

體積溶脹。由此可見，影響橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的因

素比較復雜，在設計配方時需從膠種、產品厚度、使用溫度以

及乙醇和汽油的配比等多個角度去綜合考慮。3結語乙醇汽油對發動機中金屬零部件有一定的腐蝕和磨損，且

隨著乙醇含量的增大，乙醇汽油的腐蝕性增加；同時乙醇汽油

可使車用橡塑材料發生溶脹、軟化等現象，致使零部件使用壽

命縮短。為保障車輛的正常運行，常通過更換材料、改進生產

工藝、或者在乙醇汽油中加入抗溶脹腐蝕添加劑等方法來解決

或延緩乙醇汽油的腐蝕性和溶脹性。在我國，乙醇汽油的推廣是一項戰略性的、利國利民的舉

措。由于以陳糧轉化的途徑推廣生物質乙醇受限，且纖維素乙

醇的產業化生產技術還不夠成熟，另外乙醇汽油在使用過程中

還存在一些亟待解決的其他實際性問題，這些因素均影響乙醇

汽油全面、快速的推廣，因此乙醇汽油在我國的推廣使用應是

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