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冷媒系零部件的塑化边界：压力谱、按承压方式分类与「哪些不能塑」
以塑代铝在冷媒系上的可行性，先按承压方式分类再看压力谱，而不是按部件名判断。与金属最根本的差别是判据从初始强度换成寿命末期强度，而渗透是塑料特有的一条独立准入条件。
H8-01 · 材料、连接与制造工艺 / 以塑代铝：轻量化与降本的工程决策
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 按承压方式而不是按部件名，给冷媒系零部件分类，说出每一类的塑化难度来自哪里
- 画出一套冷媒系统的压力谱，指出塑化的分界线落在哪里，以及换了工质之后它怎么移动
- 说清水侧早已普及而冷媒侧几乎没动的原因，并把这个差别量化
- 对一个给定零件给出「能塑、部分能塑、不能塑」的判断，并说得出判据
- 识别「初始强度够」与「寿命末期够」这两个判据的差别，并说明为什么后者才是门槛
内容大纲
- 本课的边界：这是决策视角，不是材料工艺视角
- 材料家族、牌号选型、注塑三关、耐介质相容性与蠕变本构，属材料与工艺层，见 H4-02，本课一句不重讲
- 吹塑成型、环境应力开裂与水侧承压储液件的失效，见 H4-04，本课不重复
- 挤出成型的管材路线（多层管、卡箍蠕变、耐压脉冲）见 G11-05；蠕变本构的仿真求解见 J5-08
- 本课回答的是另一个问题：给定一个冷媒系零件，先判它属于哪一类承压方式，再判能不能塑化、走哪条路径
- 这两个视角的差别在于问题的提出顺序：材料层从牌号出发，决策层从零件在系统中的位置出发
- 按承压方式分类，不按部件名
- 柔性管路靠层结构承压：阻隔层管渗透、增强层管压力、外被管磨损与老化，三层各司其职
- 刚性管路靠壁厚与环向应力承压，与容器同一套力学，但曲率大、应力集中点少
- 刚性承压腔体靠壁厚承压，且必须额外扛蠕变与压力循环疲劳，这是最难的一类
- 换热器芯体除承压外还要导热，而工程塑料的导热率比铝低两个量级，这一条几乎无解
- 非承压件不在本讨论范围，它们早已全塑
- 同一个零件可能跨类：带金属嵌件的塑料阀体同时是腔体与连接件，两套判据都要过
- 压力谱：分界线在哪，以及它会移动
- 冷却液回路的工作压力比冷媒回路低一个量级以上，这是水侧能塑而冷媒侧不能的最直接原因
- 同一套冷媒系统内部，高压侧与低压侧的压力也差数倍，塑化的可行性随之不同
- 工质从传统冷媒换到二氧化碳时，高压侧压力量级再抬一档，已有的塑化结论必须重算
- 所以压力谱不是一个数，是一张按工质与回路位置展开的表，立项时必须先画出来
- 具体数值随工质与系统设计变化，属平台相关量，须按项目实际取值，本课只给结构不给限值
- 塑化的真门槛：寿命末期，不是初始
- 金属的许用应力基本不随时间变化，塑料的承载能力随时间、温度与介质暴露持续下降
- 所以判据不是初始强度除以安全系数，而是寿命末期强度除以安全系数
- 行业的安全标准对高压侧部件规定了爆破倍数要求，而对高压二氧化碳部件另有「在寿命模拟暴露之后」再做压力试验的要求
- 后一条几乎是为高分子材料写的：它承认材料强度会随暴露下降，因此要求在下降之后仍然合格
- 这条要求把塑化从材料问题变成了验证问题，验证怎么排见 H8-03
- 以上只是要求的性质，具体倍数、试验条件与适用范围须按标准现行版本原文确认，本课不复述条款
- 渗透：塑料特有的一类失效
- 金属的冷媒渗透可忽略，塑料是本征渗透，分子穿过材料本体，与密封是否可靠无关
- 软管路线已用阻隔层把渗透压到很低的水平，那是这条路径能商业化的前提
- 刚性件的暴露面积与壁厚比例与软管不同，软管的渗透结论不能直接搬过来
- 法规约束的是整车的年泄漏量，因此渗透必须按整车累加，不能逐件看
- 渗透的机理与材料侧数据见 H4-02，本课只给它在决策中的位置：它是一条独立的准入条件
- 给出判断：三档而不是两档
- 能塑：压力低、温度不极端、寿命末期强度仍有余量，且渗透可控
- 部分能塑：承压交给金属、成形与集成交给塑料，路径见 H8-02
- 不能塑：换热器芯体这类同时要求承压与导热的，以及高压侧的高应力腔体
- 三档的分界不是固定的，它随工质、回路位置与目标寿命移动，所以判断必须带前提
- 判断结论要写清依据与有效期，工质更换或目标寿命变化时重新过一遍
关键公式
σ_环向 = p · D / (2 t)
薄壁承压件的环向应力；它把压力、直径与壁厚连起来，是判断塑化可行性的第一把尺
许用应力 = σ_寿命末期(T_max, 介质, t_设计) / n
与金属最根本的差别：分子是随时间与暴露下降之后的值，不是初始值
整车年泄漏量 = Σ 各段渗透率 × 长度或面积
渗透必须按整车累加，逐件合格不等于整车合格
关键概念
按承压方式分类压力谱本征渗透寿命末期许用应力三档判断混合结构导热率量级差
推荐工具与标准
系统压力谱表（按工质与回路位置展开） 零件清单与承压方式归类表 材料长期强度数据（须自备，见 H4-02）
机动车制冷剂蒸气压缩系统安全标准（高压侧部件爆破倍数要求、以及高压二氧化碳部件在寿命模拟暴露后再做压力试验的要求，均出自此类文件；⚠ 具体倍数、试验条件与适用范围按现行版本原文确认，本课只写去向、不复述条款） 汽车空调软管相关标准（渗透率试验方法与限值的来源；按现行版本确认） 整车温室气体或制冷剂泄漏相关法规（整车年泄漏量约束的来源；按项目所在地现行规定确认） 以上文件的编号、现行版本与条款内容一律按现行有效版逐条核对；本大纲未填入任何条款级判定表与限值
工程案例
（教学构造案例，不对应任何真实项目）给定：某项目为降本与减重，提出把高压侧的储液干燥器由铝改为注塑件，依据是同尺寸的水侧储液件早已全塑。判据：先按承压方式归类——两者都是刚性承压腔体，但压力量级差一个数量级；再按寿命末期取值核算环向应力，而不是用室温短期强度。结论：按寿命末期强度算出的壁厚远超原设计包络，且壁厚增加又会拉长注塑冷却时间、抬高单件成本；同时高压侧的渗透面积更大，整车年泄漏量的余量被吃掉。做错的代价：若按初始强度立项，会在样件通过爆破试验之后、在耐久试验后期才暴露，那时模具已开。根子在于拿水侧的结论直接跨到冷媒侧，而两者只有部件名相同，承压条件完全不同。
动手做
交付物 · 取一套你熟悉的冷媒系统：① 列出全部零部件，按承压方式归成五类，标出每一类的塑化难度来源；② 画出该系统的压力谱，标出高压侧与低压侧，并给出塑化分界线的位置；③ 若工质换成高压二氧化碳，重画一遍压力谱，说明哪些结论会翻转；④ 挑三个零件给出能塑、部分能塑、不能塑的判断，每条写明判据与前提；⑤ 说明你的判断在什么条件下会失效。
常见误区
- 按部件名判断：储液件在水侧与冷媒侧只有名字相同，承压条件差一个数量级
- 用初始强度立项：塑料的承载能力随时间、温度与介质暴露下降，判据必须用寿命末期值
- 把软管的渗透结论搬到刚性件：两者的暴露面积与壁厚比例不同，且法规约束的是整车累加值
- 忽略换热器的导热要求：工程塑料的导热率比铝低两个量级，换热面积的代价无法接受
- 判断不带前提：三档的分界随工质、回路位置与目标寿命移动，结论必须写清有效期
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