汽車輪胎氣體微泄漏檢測

一般情況下，汽車輪胎，在充足氣以后，使用6——12個月，會出現(xiàn)不同程度的胎壓下降，對輪胎進行檢查，一般也不會發(fā)現(xiàn)有泄漏點。這樣的微泄漏，通常并不是輪胎胎體、氣門受到了損傷，而是由于完好無損的輪胎材料本身氣體滲透所造成的。本文將從微觀上對造成汽車輪胎微泄漏的一些原因進行分析，希望對汽車輪胎的生產(chǎn)和使用者能有所幫助。
氣體穿過輪胎橡膠層的過程分析
汽車輪胎內(nèi)的氣體壓力一般為0.2——0.25MPa ，也就是說輪胎內(nèi)氣體分子的密度是輪胎外氣體分子密度的2——2.5倍，這樣在輪胎內(nèi)外就形成了氣體分子的濃度差。從微觀的角度來看氣體分子穿過輪胎橡膠層是按以下步驟進行的（如圖1所示）：
1、在輪胎內(nèi)側(cè)，高壓高濃度的氣體原子或分子在熱運動過程中不斷碰撞到輪胎的內(nèi)表面；
2、氣體原子或分子逐漸溶解到輪胎內(nèi)側(cè)的橡膠材料內(nèi)；
3、氣體分子在胎內(nèi)側(cè)的橡膠表面達到溶解平衡；
4、由于濃度梯度的存在，氣體分子向輪胎外側(cè)的橡膠材料內(nèi)擴散；
5、擴散到橡膠外側(cè)的氣體分子解吸至空氣中。
氣體分子不停地進行上述過程，后導致輪胎的壓力越來越低。這種滲透過程非常細微，用常規(guī)的檢測方法無法檢測到。

圖1.氣體分子滲透過程示意圖
氣體滲透的影響因素：
㈠ 輪胎材料本身的的影響。
如圖1所示氣體穿過橡膠層的幾個步驟中，擴散是氣體滲透過程中慢又是關鍵的步驟，當同一種氣體透過不同的材料時，氣體滲透量主要取決于氣體在材料中的擴散系數(shù)。氣體的擴散現(xiàn)象遵循Fick Law（費克定律）：

式中，J ——擴散量，單位為g/s；
A ——擴散發(fā)生的截面積，單位為m2；
D——擴散系數(shù)，單位為m2/s；
c1——濃度，單位為g/m3；
z——距離，單位為m。
這是費克定律的一種形式。費克稱其中的D為“決定于物體本性的常數(shù)”，這就是擴散系數(shù)，擴散系數(shù)D取決于氣體和材料之間的分配系數(shù)。不同橡膠材料的D是不同的，即使是同一種橡膠材料，由于原料、生產(chǎn)工藝的不同，其物性常數(shù)D也會有所差異。需要強調(diào)的是，橡膠材料在使用過程中，會逐漸老化，其常數(shù)D也會隨之變化。
㈡ 溫度的影響
擴散系數(shù)D與溫度有關，溫度越高，高分子鏈運動越劇烈，氣體分子擴散越容易，擴散系數(shù)D隨溫度的升高而增加。擴散系數(shù)D和溫度的關系遵循Arrhenius公式：

式中，T ——溫度，單位為K；
△E0——擴散活化能，單位為J/mol；
D0——無限稀釋情況下滲透組分的擴散系數(shù)，單位為m2/s；
R——普適氣體常數(shù)，數(shù)值為8.3143J/K·mol。
㈢ 胎內(nèi)充填氣體的影響
汽車輪胎充填的氣體為壓縮空氣時，氣體內(nèi)通常含有水分、油，會使輪圈電鍍層被空氣中的氧氣氧化，而導致密封不嚴密，造成胎內(nèi)氣體外泄。同時由于水分、油、氧氣的存在，也會加劇輪胎橡膠的老化，而加速氣體的滲透。
在Arrhenius公式中，ΔED表示擴散活化能，它隨氣體分子直徑的增加而增大，分子直徑的微小變化，會引起ΔE0的迅速增加，而導致分子擴散困難。表1中列舉了空氣中含量比較高的幾種氣體分子的直徑。經(jīng)試驗驗證，對于同一種橡膠，氧氣的滲透量約是氮氣4倍，二氧化碳的滲透量約是氮氣的8倍。這就是為什么輪胎總是選擇充氮氣的原因。

表1 氣體分子尺寸
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