何谓防冻液

   1-1 防冻液

防冻液，是一种冷却液，现已被广泛的使用于内燃机和汽车发动机上。防冻液原本是内燃机的冷却液，市面上所销售的防冻液多数是已经用蒸馏水将其稀释到适当的浓度,可以直接使用的商品。

防冻液，从广义上讲，包括如用于散热系统的,并不具备防冻性能的防腐剂。而一般所说的防冻液是要同时具有冬季低温下的防冻性能和对冷却系统金属部件的防锈、防腐蚀性能。现在，特别是能够四季通用的长效型防冻液也是其中的一种。（请参照图表1-1）

            图表1-1     防冻液的分类

      长效防冻液：具有防冻、防腐蚀性能。在防腐蚀方面具有优秀的耐久性，可常年使用。

防冻液    防 冻 液： 具有防冻、防腐蚀性能。只限冬天使用，期限为6个月。

    冷却系防腐剂：只具有防腐蚀性能，在不使用防冻液时使用。

  1-2  防冻液的历史

由于汽车发动机是利用燃料燃烧所产生的热能进行做功的。因此，燃料的燃烧会使发动机本身的温度变得非常高。这样就会对燃烧和润滑作用带来阻碍。为了防止这些阻碍，就必须将发动机冷却到适当的温度。冷却方式，大致可分为空气冷却式和液体冷却式。由于空气冷却式很难稳定燃烧温度，并且不利于尾气净化。所以，汽车发动机几乎都是采用液体冷却式。

发动机的冷却液，要求它能很容易地传递热量。就这一点而言，一般使用水。但，由于水的沸点、冻结温度及其它性质的影响，其有用性受到了很大的限制。也就是说，冻结时，约9%的膨胀形成强大的破坏压力，致使发动机部件破裂。另外，天然水中含有硫酸盐、氯化物、碳酸盐等不纯物质。这些物质会促使金属腐蚀，生成水垢，阻碍热传导，并导致冷却器堵塞。

为了解决上述问题，必须降低冷却液的冻结温度，提高其沸点，并添加防腐蚀剂来防止腐蚀。而用水或仅在水中添加防腐剂无法满足发动机冷却液的性能要求。因此，要求冷却液具有防冻性和沸点提高性。从实用性上讲，冷却液的必要性能如下所示：

⑴就使用汽车的环境而言，要具有耐低温的冰点降低性

⑵对冷却系统金属的防腐蚀性

⑶对发动机的冷却性和导热性的影响小

⑷对橡胶部件的影响小

⑸化学性能稳定

⑹低价格

⑺没有臭味

⑻对喷涂面的影响小

⑼低温流动性良好

⑽膨胀率小

⑾长效耐用

⑿能很容易检查冻结温度

⒀毒性小

⒁要具有适当的沸点特性

⒂起泡小

⒃具有不燃性

能完全满足以上条件的原材料，虽然很难取得。可是，现在已经通过研究找到能满足实际使用条件的物质。

首先，从防冻性这个方面来看，可以使用乙醇。由于乙醇和水的混合液具有优秀的冰点降低性，可供一些早期的车辆冬季使用。但是，由于这种混合液的沸点比水低，对现代开放式车辆而言，温度上升所造成的压力会使冷却液从散热器的溢流管中流出，导致液体的损失增多。同时乙醇成分的蒸发也会降低防冻性,这是它的缺点。

     图表1-3  防冻水溶液的凝固点和沸点(SAE J814C)

防冻液（vol%水溶液）凝固点（℃）沸点（℃）40-2410650-3710860-5211170-64114

因此，现在防冻液所使用的最普及的原料，是乙二醇（以下略称为EG）。由于石油化学工业的日益发达，EG以其低价格、高沸点和低凝固点，最适合作防冻液的原料。以EG为基础所组成的浓缩状态的防冻液，其组成成份为85%以上的EG，5%的防腐添加剂，5%以下的水，此外，还添加少量的染料和消泡剂。另外，除EG以外，也有用其它醇类作原料使用的。例如：丙二醇，它与乙二醇相比，冻结温度稍高一点。但是，由于它的比重与水接近，所以用比重计很难测其浓度。

还有一部分是使用毒性低的物质作原料，例如：在二甘醇中配合少量的EG，但其冻结温度很差。

在极寒地带，使用EG、水和乙醇醚混合而成的防冻液，即使是在-68℃的低温下，也能使用。

图表1-5 醇类的比重、沸点和冻结温度

品名比重（20/20℃）沸点（℃）冻结温度（℃）30vol%水溶液30vol%水溶液乙二醇1.115198-16.5-40.0二甘醇1.118245-11.0-30.5三甘醇1.125287-9.0-27.5丙二醇1.038187-13.5-36.0二丙二醇1.025232-8.5-25.5

随着汽车生产量的增加和普及率的扩大，对于用户来说，每个冬季都要更换防冻液，他们希望能从这种烦琐的工作中解脱出来，于是在1962年，美国通用公司和福特公司生产出了保证使用期为两年，行驶距离为4万英里（约65000km）的长效型防冻液，通用公司生产的以“泰勒”命名，福特公司的则叫做“路特德”。这就是说，长效防冻液被开发出来，即LLC。1965年左右，日本也开始普及LLC，而且正朝着逐年增加的方向发展，并与3年车检的规定同时实施。并且规定禁用从前的防冻液，而以防冻冷却液为主流，一直延续到现在。目前，防冻液和长效防冻液的生产比例为2∶8。把发动机冷却液全部用长效防冻液来代替，在不久的将来就能实现。

1-3. 防冻液的规格和品质的变迁

防冻液的品质，如果从防腐剂的变迁轨迹追寻的话，首先可以从发动机的铝合金化开始。由于以前的防腐剂是铸铁-铜系的易产生故障，所以铝合金防腐剂就以烷醇胺作为主剂，这种防腐剂的开发已成为主流。不久，冷却器由旧的开放式，发展到装有储备槽的密闭式，使用长效防冻液的车种也随之增加。含硼化合物的防冻液，会造成铝部件的腐蚀和冷却管的堵塞，于是就开始研究其对策。1977年，发现防冻液中的胺和亚硝酸盐反应生成的亚硝胺，是一种致癌性物质。于是在1987年，挪威禁止使用胺类物质。因此，开发抗胺型的添加剂已势在必行。同年，对以往的规格进行了改进。改进后的规格一直延续至今。

以规格变迁为背景，随着发动机的高速发展，即组成材料的轻量化、高性能化和小型化等，以及国际社会形势的变化，既流通国际化和全球性的保健·环境等问题，现在在为改进以前的错误性试验而努力。

2、 防冻液的规格

 2.1日本 JIS规格（JIS K 2234-1994）

1、   适应范围

这种规格，把以乙二醇为主要成分的防冻液冷却液规定为液体冷却式内燃机用冷却液（以下简称冷却液），把防止冷却系统腐蚀的叫做防冻液（以下简称防冻液）。但，在使用时，要用25vol%到60vol%的水，将其稀释到适当的浓度。

2、   种类

防冻液的种类，如图表2-1所示

图表2-1

种类符号用途1种AF以防冻结和防腐蚀为目的，只能在冬季使用2种LLC以防冻结和防腐蚀为目的，能够四季通用

3、   品质

防冻液的品质，必须适合图表2-2（1）、（2）中的规定。

图表2-2-（1）

项目规定1种2种冻结温度℃50vol%水溶液-34.0以下30 vol%水溶液-14.5以下PH值30 vol%水溶液7.0~11.0储备碱度(1)原液报告循环腐蚀性30 vol%的调合水溶液88±2℃336±2h金属试验片质量的变化mg/cm2铸铝±0.60±0.30铸铁±0.30±0.15钢±0.30±0.15黄铜±0.30±0.15焊锡±0.60±0.30铜±0.30±0.15外观在试验片和调距板的接触部位以外,没有肉眼能看到的腐蚀现象,但这不影响变色试验中的起泡性没有汽泡从冷却器中溢出试验后液体的性状PH值6.5~11.0PH值的变化±1.0储备碱度的变化率%报告液相颜色没有显著的变化,液体分离和凝胶的产生等没有显著的变化沉淀量vol%0.5以下

图表2-2-(2)

密度(20℃)原液1.112以下沸点℃原液155以上起泡性mi30 vol%水溶液4以下水分wt%原液5以下循环腐蚀性30 vol%的调合水溶液88±3℃1种：336±2h2种：1000±2h金属试验片质量的变化mg/cm2铸铝±0.6铸铁±0.30钢±0.30黄铜±0.30焊锡±0.60铜±0.30外观除试验片和调距板的接触部分以外,没有肉眼能看到的腐蚀现象,但是,不影响变色试验后液体的性状PH值6.5~11.0PH值的变化±1.0储备碱度变化率%报告液相颜色没有显著的变化,无明显的分离和凝胶产生的现象部件的情况泵密封部位运行中不会出现作功不良,没有漏液和异常声音的产生泵套的内壁以及泵的叶轮没有显著的腐蚀现象对铸铝导热面的腐蚀性（25 vol%试验液 135±2℃ 168±2h）报告

注：储备碱度，就是把10ml的原液（不用水稀释的防冻液）的PH值中和到5.5时所需的0.1mol/L(0.1N)盐酸的使用量(ml)

(1)  冻结温度

所谓冻结温度，就是液体在冷却过程中水开始结冰的温度或者是在过度冷却状态下结冰后，温度急剧上升并达到平衡状态时的温度。

(2)  PH值

PH值表示的是氢离子的浓度,在此表示防冻液是呈酸性、中性还是碱性。一般来说，PH值在中碱性范围内金属不会被腐蚀。所以，我们可以根据PH值对防冻液的防腐蚀性进行判定。但是，这并不表示防冻液的剩余使用期限和它的绝对防腐蚀能力。PH值可作为生产时品质管理的项目来使用。

⑶ 储备碱度

储备碱度表示的是把10ml的防冻液作为试剂，根据滴定法将其PH值降到5.5时所需要的盐酸规定液的滴下量（ml）。这个值表示在冷却系统中对生成的酸性物质的中和能力，也作为冷却液劣化程度的判定标准。另外，生产时，在品质管理方面也使用这个值。最近，根据防腐蚀剂的抗胺化项目，正在开发即使初始值低，也具有充分的防腐蚀能力的添加剂。但是，规格中的数值范围除外。

⑷金属腐蚀性

金属腐蚀性，是通过标准金属试验片的腐蚀试验，根据各试验片（铜、焊锡、黄铜、钢、铝、铸铁）单位面积上的质量变化、外观以及液性变化来评价的。由于用汽车来进行的金属腐蚀性评价需要非常长的时间，所以在实验时实施条件严格的所谓加速试验。导致金属腐蚀的原因，考虑有如下8点：

图表2—3   金属腐蚀的重要因素

①    防冻液本身的品质②    冷却液系统内的循环流速③    冷却液系统内空气的混入④    温度⑤    水质⑥    由于不同金属的组合而形成的电流腐蚀⑦    腐蚀生成物的状态和影响⑧    导热面的状况  

（5）比重

比重表示的是在20℃时，一定体积的纯水的质量，与同温度、同体积液体的质量比。根据这个测定值能够推定冻结温度。这是一个简便方法。生产时，可用在品质方面。

（6）沸点

沸点指的是，在1个大气压的平衡状态下，冷却液在冷却系统内开始沸腾的温度。这是防冻液的重要性质之一，特别是恒温箱在高温下运转时、在高温地区运转时或者是在高热高负荷下运转时，沸点也是相当重要的性质。

（7）起泡性

起泡性所表示的是把100ml冷却液放入有盖量筒中振荡使其起泡，待静止10秒钟后，测定其残留泡量的ml数值。冷却系统中泡的存在，会降低导热性，并大大降低冷却效果。

（8）水份

防冻液中的水份指的是，除了原材料所包含的水份之外，为防止腐蚀所添加的蒸馏水及溶解添加剂和染料的最小限度的水份。水份含量与沸点、冻结温度、比重等有密切的关系。水份含量的测定，是品质管理上的一种有效手段，同时也是表示商品性能的指标之一。

（9）循环腐蚀性（模拟试验）

这个试验的目的在于，要在更加接近现实的条件下，对冷却液的性能进行评价。试验装置所使用的是汽车部件，它是把这些部件进行组合，做成汽车发动机冷却系统的模拟装置，以此代替发动机，在马达中用泵进行驱动。（图表2—4）

这个试验是设想在以普通轿车用时速60公里单程行驶1000小时的条件下，使其进行运转试验，达到大约能行驶6万公里的目标。

3、              防冻液的管理

3—              1、冷却系统异常情况的处理

（1）过热的情况

主要是指在夏天，防冻液温度指示计的指针会异常上升。最坏的情况是由于高温过热，而导致发动机故障。

①   要迅速将车送入修理厂。

②   发动机的温度降到与外界温度一致时，如果冷却液仍有剩余，就要更换。

③   冷却系统内如有堵塞物产生，就需要更换。（根据情况，其部件也要更换）

④   整理与车辆相关的资料。

（a）车辆的详细情况。（车种、每年样式、发动机类型、行驶里程、达到过热温度时的行驶状况等）

（b）防冻液的更换日期、种类、注入量、浓度、补充情况。

（c）冷却系统的清冼方法。

（d）散热器中，化学药品的使用状况等。

        ⑤与营销员进行联系，将更换出的物品交给他，并进行分析化验。

（2）过冷的情况

主要是指在冬天，由于天气过冷，加热的效果不好，而使防冻液温度指示计的指针上升变得迟钝。

①   迅速将车送往修理厂。（考虑是否是由于恒温箱、电动风扇的不良运转造成的）

②   整理与车辆相关的资料

（3）液量减少的情况（1）（一周内，储备槽变空，液体大量减少）

①   尽快将车辆送往修理厂。（加入止漏剂，防止泄漏）

（4）液量减少的情况（2）（少量减少的情况）

①   详细检查冷却系统是否有漏液情况。

②   如发现有漏液情况，应尽快将车辆送往修理厂。

③   如没有发现没有漏液情况，就添加适当浓度的止漏剂。

④   即使使用了止漏剂，也不能防止漏液，就应该尽快把车辆送往修理厂

3—2 冷却系统的日常检查的注意事项

   （1）液量、液相的检查

①检查储备槽，看冷却液的液面是否在min—max之间

   →如果不在（或小于）这个范围，就要进行补充。（最好是加注同一种类、同一浓度的防冻液）

②液量是否比前次检查时少

   →如果减少，就要检查是否有漏液现象。

③液相是否有异常。（混浊、退色、沉淀等）

   →如果有异常，最好是更换防冻液。

   （2）是否漏液

     ①在软管的接口部位、恒温箱盖、散热器或者是气缸盖的阶式蒸发器附近，是否有白色液体滴过的痕迹。（一般来说，防冻液干燥后呈白色）

→如果有痕迹，就说明有漏液现象，应尽快送入修理厂。

 ※在补充防冻液时，必须要注意，不要溢出或混入杂物。

②是否有排泄管松动（或太松）、软管裂缝或劣化等情况。

→如果有的话，就应该系紧或更换排泄管，如软管有异常状况发生，应尽快将车辆送往修理厂。

 （3）液温计的指针是否在正常范围内，是否有升高现象。

→如果指针升高，就会有温度过热的可能性。如果液量特别少的话，就应尽快将车辆送往修理厂，检查冷却系统。

（4）风扇皮带是否松弛？电动风扇的运转是否正常？

→如有异常，就要考虑到有过热或过冷等的原因，应立即将车辆送往修理工厂。

3-3 关于冷却液的更换

（1）更换冷却液的要点

冷却液的更换最好是按照汽车生产厂家或防冻液生产厂家的指导进行更换。如果冷却液被长时间使用，就会有化学变化，液体污染、添加剂劣化等情况产生，同时导致冷却液的效果下降。只要进行适当的更换，经常保持冷却系统内的清洁，就不需要额外的清洗。

另外，为了能发挥冷却液本来的性能，其要点如下：

图表3-1 发挥冷却液原有性能的要点

①　在加注防冻液之前，要先把冷却水系内的水垢和锈，完全清理干净。如果冷却水系统内的金属表面有水垢等物质的话，就会降低防锈添加剂的作用，而不能充分发挥防冻液的效果。并且，如果冷却水系统中有锈（金属离子）残留，就会消耗防冻液中的防锈添加剂，使其持久力显著降低。②　在使用了清洗剂之后，要充分地用自来水把冷却水系统清洗干净，然后再加防冻液。因为清洗剂大多是由酸性物质构成的，它会大大降低防冻液的性能。这就是由于生锈而产生故障的原因（通常防冻液呈弱碱性）。③　如果使用盐分多的水，就不能充分发挥防冻液的防锈效果，所以必须使用软水。④　防冻液比水的渗透力强，故此，必须定期检查冷却水系统，如果有漏水或渗色现象应立即修理。⑤　即使是在温暖地区也要使用浓度在25%以上的防冻液。如果不是25%的话，就不能充分发挥防锈性能，而导致生锈。

（2）用流量罐更换防冻液

①  设备的组成结构

除了防冻结、防过热的防冻液之外，还有能防止整个冷却水系统生锈、腐蚀的长效防冻液（LLC）。然而，由于其更换复杂，时间长，所以容易造成冷却系统内空气滞留，有产生过热情况的危险性。