第49卷第11期2021年6月
广州化工
Guangzhou Chemical Industry
Vol.49No.11
Jun.2021
王显妮，周晓慧，李楚璇
（陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054）
摘要：综述了乙醇汽油的腐蚀性和溶胀性的研究动态，内容涉及乙醇汽油对发动机金属零部件的腐蚀性研究和金属腐蚀抑制剂研究；乙醇汽油对橡塑制品及材料的溶胀性研究。文中指出，可通过更换金属原材料、调整橡塑材料、优化生产工艺或者在乙醇汽油中加入一定量的金属缓蚀剂及抗溶胀添加剂等途径延缓或减小其腐蚀性和溶胀性；并指出乙醇汽油今后的应用推广速度。
中图分类号：TQ517.4；TG178；TQ336文献标志码：A文章编号：1001-9677（2021）011-0010-03 Study on Corrosion and Swelling Properties of Ethanol Gasoline for Vehicles
WANG Xian—ni,ZHOU Xiao-hui,LI Chu—xuan
(Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry,Shaanxi Xi'an710054,China)
Abstract:The research trends of the corrosivity and swelling of ethanol gasoline were reviewed,including the research on the corrosion of ethanol gasoline to engine metal parts and metal corrosion inhibitors,and the research 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 out.
Key words：ethanol gasoline；corrosion；swelling property；rubber；engine
随着全球石油能源的日益短缺、环境污染的日趋严重、温室效应引起的全球变暖问题以及环保要求的愈来愈严格，寻求高效绿的能源替代品是目前世界各国关注的焦点之一，从而醇类含氧燃料应运而生。我国目前可以陈粮、甘蔗、高粱秆、木薯以及纤维素和其他废弃物等生物质为原料，通过生物合成法生产乙醇或者以煤炭资源为原料，采用化学合成法生产乙醇（目前主要发展以生物质能源为主要生产原料），因此采用乙醇替代部分汽油，是解决石油能源危机、减轻环境污染及推动粮食转化的有效方法之一。
我国从20世纪80年代就开始了乙醇汽油的研究和应用，在2001年和2018年分别颁布了《车用乙醇汽油E10》《车用乙醇汽油E85》标准，目前已有11个省在试点推广乙醇汽油，除了广西、重庆出台了地方性乙醇汽油标准外，其余省市均执行国家标准。2017年下半年，国家下发了全国使用车用乙醇汽油的方案，这意味着乙醇汽油将得到全民推广。
乙醇汽油随着乙醇用量的增加，其辛烷值增高，从而提升其抗爆性能；同时乙醇汽油含氧量的增加，使得燃烧更为充分；相对于汽油，燃用乙醇汽油的车辆CO排放下降约30%, HC排放下降10%,NOx排放随车型变化有不同影响⑴，有节能、环保的作用；另外，乙醇制备原料来源丰富，且乙醇汽油的生产工艺已经十分成熟，足以支持乙醇汽油的规模化生产⑵，优化我国能源结构。
乙醇汽油与无铅汽油相比较，汽车的动力性和经济性提升（低比例乙醇含量及高原地区随着海拔的升
高优势更加明显⑶）、污染物排放减少；但是乙醇自身的理化性能导致乙醇汽油在使用过程中存在热值低、蒸汽热大引起的冷启动困难（存在于高比例的乙醇含量）、对金属产生腐蚀、对橡塑材料易产生溶胀等问题，其中腐蚀性和溶胀性是较为值得关注的一个问题。本文通过查阅大量文献和专利，对乙醇汽油的溶胀性和腐蚀性进行了归纳总结，为乙醇汽油的未来推广应用提供一定的参考价值。
1乙醇汽油的腐蚀性研究
乙醇很容易吸水，含有水分的乙醇汽油在生产、运输及储存过程中会产生少量的有机酸，并且在燃烧过程中也能产生乙醛和乙酸，这些物质均使汽车发动机油路系统中燃油泵、油箱、化油器等的金属零部件（如：铜、铁、铝、铅、镁、锌及它们的许多合金）发生不同程度的腐蚀，对汽车的发动机寿命有着较大影响。
王宗廷等⑷研究金属在含水和乙酸的乙醇汽油（E10）中的失重率时发现，不同的金属在乙醇汽油中都有不同程度的腐蚀，其中黄铜产生的腐蚀最为严重。
■■基金项目：陕西省重点研发计划（一般项目）（No：2020GY-308）。
不锈钢筛网种类第一作者：王显妮（1978-），女，本科，工程师，主要从事橡胶配方和工艺的研究。
支脚第49卷第11期王显妮，等：车用乙醇汽油的腐蚀性和溶胀性研究进展11
另有研究发现，乙醇汽油中的乙醇含量小于10%且不含乙酸时，金属基本无腐蚀；存在微量乙酸时，紫铜的腐蚀性会随着乙醇浓度增大而上升；随着温度的升高或者乙酸含量的增加，紫铜在乙醇汽油中腐蚀程度也随之增加，同时黄铜也有一定程度的腐蚀，但是其他金属基本不受腐蚀影响。
张帅等⑸发现汽车使用乙醇汽油后，常规汽油发动机各零部件的腐蚀和磨损风险增加。这种风险主要体现在气缸、活塞以及火花塞和进气门座圈、出气门座圈等零部件。究其原因可能是：（1）乙酸能使金属表面发生直接性腐蚀，形成腐蚀磨损；（2）乙醇中的乙酸能与润滑油、抗氧防腐剂发生反应，从而造成润滑油稀释或者严重乳化，以致防腐作用下降甚至失效，加快了各摩擦部位的腐蚀与磨损速度；（3）乙醇和汽油相比，不易气化，容易流入汽缸壁，导致润滑油膜更易被冲洗掉而磨损加重；这些因素均会导致汽车的耐久性变差。
解决发动机金属零部件因使用乙醇汽油而产生的腐蚀问题，可以采用如下两种办法：一是改变发动机用各金属零部件材料（采用耐腐蚀的材料）或者对金属材料表面进行处理或者优化、改进制造工艺和设计等，如国外在使用高比例乙醇（E85或E100）时，通常使用适合燃用乙醇的特制发动机、活塞环镀箔、激光熔覆处理气缸表面等；二是在乙醇汽油中加入合适的金属缓蚀剂（腐蚀抑制剂），缓解或抑制乙醇汽油对发动机系统的腐蚀，以获得相应的缓蚀效果。这类防腐蚀的方法简单、易操作，因此目前研究比较多。王庆超等同公开了一种燃料汽油用多金属缓蚀剂（甲基苯三哩5%~25%、十七烯基咪哩咻胺盐无灰防锈剂7%~25%、聚乙烯毗咯烷酮2%-15%，溶剂）专利，该缓蚀剂可以更有效地缓
解金属片在乙醇汽油中的腐蚀程度。另外，为了延长发动机寿命，张帅、马瑞埴闵等研究了机油因使用乙醇汽油而出现的老化风险。全合成机油可增加发动机的抗老化性与磨损性，解决机油存在的老化风险。
2乙醇汽油的溶胀性研究
乙醇是一种优良的燃料，也是一种优良的溶剂，且乙醇汽油中的水分会引起酸的电离，二者使汽车用橡胶件及合成非金属材料零件（树脂、塑料）的酸腐蚀加剧，进一步出现溶胀、软化等现象。在乙醇汽油中，塑料制品会出现溶胀、变粘等现象，橡胶制品也会发生溶胀、变硬、变脆或变软等现象，纤维垫片则会逐渐软化而出现漏油现象。汽车的燃油供给系统中也有许多橡胶、塑料零件，其中与乙醇汽油接触的零件受影响最为严重。
臧杰等"⑷研究了乙醇汽油对燃油压力调节器的橡胶膜片和发动机燃油管的溶胀性能影响。结果发现，和普通汽油相比，橡胶膜片和燃油胶管在乙醇汽油中产生的溶胀更加严重，且复合燃油管发生的溶胀程度比单用丁睛橡胶的膜片明显。为了保证橡胶膜片和燃油管的正常使用，通过更换生胶的方式提升了溶胀性。
为了提高抗溶胀性，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）对燃油管路中尼龙管的影响时发现，随着乙醇含量的增加，单层尼龙管较多层尼龙管的溶胀严重；并且
在乙醇汽油中含阻隔层的多层尼龙管抗溶胀性最好。
拓宏兵等皿1研究了不同生胶的橡胶圈在不同乙醇含量和对应加入添加剂的乙醇汽油中的溶胀性能。结果发现，随着乙醇含量的增大，其中氟橡胶圈（n）和丁睛橡胶圈的溶胀在E15和E15对应的添加剂中达到了顶峰，氟橡胶圈（I）的溶胀一直在增大，而硅橡胶圈则一宜减小；且四种橡胶的溶胀性差别比较大，氟橡胶圈（I）最好，丁睛橡胶圈次之，氟橡胶圈（U）较次，硅橡胶圈最次（这可能是乙醇汽油导致硅橡胶的基本结构发生了变化），其中丁睛橡胶具有良好的成本优势；同时在乙醇汽油中加入添加剂可以提升橡胶的抗溶胀性。
佟玲研究时发现，在乙醇汽油中，聚氨酯化油器浮子的溶胀增大，手感显著变软；而油位传感器圆浮子和细油管产生的溶胀更是明显；输油管和0型圈在经过浸泡也有不同程度的溶胀。张永光〔也等通过对比研究发现，车用乙醇汽油对汽车的化油器密封圈、密封垫及非金属进油管和电喷油嘴垫圈均有明显的溶胀。
橡胶材料因各自特性的不同而表现出不同的耐油性。张永光等〔闵也对常用的国产橡胶材料进行了试验对比，其在车用乙
醇汽油中的溶涨性从大到小依次为：丁基胶、硅橡胶、天然胶、丁苯胶~乙丙胶、顺丁胶、氢化丁睛胶、丁睛胶、氟橡胶、聚氯醞（即氯醇胶）~氯化聚瞇~氯丁胶。另外，宋中勤等mi通过试验对比了橡
胶材料在汽油和乙醇汽油E10中耐油性能。结果显示，和汽油相比，乙醇汽油中大部分橡胶材料的体积变化率有不同程度的增大，氯瞇橡胶和丁睛橡胶/聚氯乙烯的体积变化率略有下降；而在两种油中均是丙烯酸酯橡胶产生的溶胀最大，次之为丁睛橡胶、丁睛橡胶/聚氯乙烯、氢化丁睛橡胶、氯瞇橡胶，氟橡胶产生的溶胀最小，其中丁睛橡胶/聚氯乙烯的溶胀性能和成本均适中，最有参考使用价值。
同一类橡胶材料中耐油官能团的含量对其抗溶胀性有着较为明显的影响。崔健等⑼研究了不同乙醇含量的乙醇汽油（E0, E10,E20E100）对不同氟含量的氟橡胶的体积溶胀影响，氟含量越高，氟橡胶的抗溶胀性越好；在乙醇含量为20%~ 40%时，所试验氟橡胶的体积溶胀均处于较大值范围，并且在乙醇含量为25%时体积溶胀达到了最大。
橡胶材料的溶胀性能和制品的厚度往往也是密不可分的。魏彤轩（编译）［14］研究氟橡胶在乙醇汽油中的溶胀和硫化胶厚度、试验温度之间的关系时发现，随着硫化胶厚度的增加，氟橡胶溶胀降低；在同一厚度下，温度的升高则会加剧氟橡胶的体积溶胀。由此可见，影响橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的因素比较复杂，在设计配方时需从胶种、产品厚度、使用温度以及乙醇和汽油的配比等多个角度去综合考虑。
3结语
乙醇汽油对发动机中金属零部件有一定的腐蚀和磨损，且随着乙醇含量的增大，乙醇汽油的腐蚀性增
加；同时乙醇汽油可使车用橡塑材料发生溶胀、软化等现象，致使零部件使用寿命缩短。为保障车辆的正常运行，常通过更换材料、改进生产工艺、或者在乙醇汽油中加入抗溶胀腐蚀添加剂等方法来解决或延缓乙醇汽油的腐蚀性和溶胀性。
在我国，乙醇汽油的推广是一项战略性的、利国利民的举措。由于以陈粮转化的途径推广生物质乙醇受限，且纤维素乙醇的产业化生产技术还不够成熟，另外乙醇汽油在使用过程中还存在一些亟待解决的其他实际性问题，这些因素均影响乙醇汽油全面、快速的推广，因此乙醇汽油在我国的推广使用应是一个循序渐进的过程。
参考文献
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导游扩音器（下转第17页）
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