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汽车橡 胶密封制品技术与应用浅谈

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汽车橡 胶密封制品技术与应用浅谈

发布日期:2018-05-14 作者: 点击:

前言

自从1769年,法国人NJ居纽制 造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车,距今已244年。社会的进步、时代的发展,汽车作 为唯一的技术和消费双重先导性产品,人们一 直在追求汽车的性能完美性。如速度、安全、舒适、节能、环保等方面的结合。这就涉 及到汽车的防震、密封、传动、噪声、行走等重要部分。而这些 部件都是需要由橡胶配件去配合。一部汽 车所使用的橡胶配件少说也有三、四百个,没有这些橡胶配件,汽车是 无法正常行驶的。所以说 汽车离不开橡胶。尤其是密封部件,更是汽 车设计的重要部分。一辆现代的轿车,有240多件密封配件,这些橡胶配件虽小,但作用巨大,尤其是 关键部位的橡胶密封零件,“差之毫厘,失之千里”。在汽车 使用过程中泄露和密封这一对矛盾体,将是从 事汽车设计的永恒主题。以弹性 体橡胶为代表的车用橡胶密封件的创新、研发将会持续发展,车用橡 胶密封制品的质量,将直接 影响汽车的使用性能。众所周知,橡胶密 封制品广泛应用于几乎所有各个领域,虽然科 技人员一直在努力研究,防止设备的跑、冒、滴、漏,但至今 仍无绝对把握做到点滴不漏。


最近,美国航天局公布,2013年7月16日,国际空 间站进行的一次太空行走时突然中止,原因是 一位意大利宇航员的头盔内的饮水带泄露,如不中 止返航宇航员就有窒息或溺水的危险,而我国 神舟十号与天宫一号对接后,其重要 任务之一就是检查和更换橡胶密封圈,以确保安全运行,密封技 术已是航空航天的主要课题。


随着现代工业的发展,以汽车 为代表的先进制造技术的开发,有力地 促进了与其相配套的高精度橡胶密封件制造技术的发展。目前汽 车用的密封制品,已逐渐执行TS-16949质量体系规划,以达到产品的规范法、标准化、系列法;工艺流程、炼胶配料、上辅机投料自动化;硫化、半成品 修整工序机械化、半自动化、自动化;工序衔接配套化;检测手 段和方法标准化、实用化;生产管理和质量监控ERP及条码化。


但是,目前在市场激烈的竞争中,汽车用 橡胶密封制品也遇到两难的窘境:一方面,制造密 封件厂家面临原材料、动力、人工的不断涨价;而另一 方面又受到下游汽车制造厂商一再降价但又要高质量满足TS16949规范要求的压力。有一定 技术基础及规模的企业,尚可顶得住,以微利 或保本维持生存,迫不得 已以低单价去迎合下游汽配的需求,但是带 来的质量隐患令人担忧。这也是 国产与进口汽车差距的原因之一。


汽车密封件,不像轮胎那样显露,它往往 处于一辆车不为人们易见的位置,因而其 重要性会被人们所忽视。不是有 位企业家曾说过:“造汽车有什么神秘,不就是四个轮子、几个沙发、加上发动机、方向盘吗?”其实真 的造好它是不简单的,它是现 代多学科综合科技水平的产物。单就车 用橡胶密封制品而言,是多学科交叉的产物,精密程度和方法、标准也是比较高的,人类为 寻求完美的密封系统,已经进 行了几百年的不懈努力。相信在不久的将来,会出现 完美的整合式密封系统,集密封 功能与导向功能为一体。可以这样说,评价一 部汽车质量的时候,首先考 虑的因素之一是它的密封性能如何。


汽车用 橡胶密封制品分类


汽车用 橡胶密封制品一般为六大类:

1、各种类型密封条

2、油封

3、制动皮碗

4、防尘罩

5、制动皮膜

6、O型圈


一、密封条

(一)概述:

密封条包括车窗、车门、顶棚、装饰、镶嵌、植绒、涂复等品种。主要使用聚烯烃、热塑弹性体。如三元 乙丙橡胶及并用胶和TPE热塑弹性体。其优点是耐磨性,耐候性好,摩擦系数小,制造工艺相对简单。有些带骨架的密封条,种类繁多,如钢带、钢丝编带、铝带。其中钢 带又包括拉伸钢带、冲切钢带、光板带。而拉伸 钢带又分为对称拉伸钢带和不对称拉伸钢带。冲切钢 带又分为单桥冲切钢带和双桥冲切钢带。


(单桥冲 切钢带橡胶密封条在使用时,不可折断,只能沿径向弯曲;双桥冲 切钢带橡胶密封条,在使用时可折断,能多方位弯曲。)


(二)汽车橡胶密封条种类、结构及主体材料


1、 密封条种类:

车门密封条、玻璃导槽密封条、车门外侧密封条、散热器密封条、发动机盖密封条、行李箱盖密封条、排水槽密封条、车内装饰密封条。


2、 密封条结构:

a、纯胶密封条(包括海绵发泡密封条)

b、复合胶密封条(包括海 绵发泡与密实胶复合);

c、胶与金属复合密封条;

d、植绒或 安装面表面处理密封条;

e、胶与海绵发泡胶、金属多重复密封条。

3、密封条主体材料:

a、一般采 用长支链化三元乙丙橡胶;

b、热塑性 三元乙丙弹性体;

c、低摩擦层材料(以低摩 擦热塑性材料与热塑性三元乙丙共挤出使其复合在密封条表面)。


(三)汽车密封条性能要求:

1、 常规性能:如硬度、拉断强度、拉断伸长率、压缩永久变形、耐臭氧老化、耐大气老

化、耐油漆接触互渗性能。

2、成品性能:包括对 门框关闭前后的挤压力、插入及拔出力,植绒面的耐磨性,密封条涂层的耐磨性。


二、油封

(一)概述:汽车用 橡胶油封多种多样。主要用 于旋转轴或往返运动轴系的密封,能使用较高的转速、自密封性好,使用寿命长,是高技 术含量的精密橡胶零件。特别是在汽车发动机、变速箱。气门油封。其要求性能比较高。汽车油 封分类方法很多:


骨架油 封按机构分类如下:

1、内骨架油封;

2、外骨架油封;

3、半外露骨架油封;

4、封唇油封;

5、带副唇油封;

6、组合式油封;

以按在汽车部位来分

1、曲轴前油封

2、曲轴后油封

3、变速箱油封

4、 凸轮箱油封

5、轮壳油封

6、半轴油封

7、气压导杆油封

8、减震器油封


(二)油封功能:

因为油封具有柔韧性,并有金属骨架支撑,靠密封刃口施加给轴,以径向力,防止润滑油泄漏,并防止杂物侵入。


(三)主体材料:

胶种的选择,主要考 虑到油封的工作温度,以及橡 胶于被密封流体的相容性。汽车油封常用的材料,多为合成橡胶,包括:

1、丁腈橡胶(NBR),耐温在-40℃~120℃,其耐油 体积变化率可在其丙烯腈含量及配合剂上选取。丁腈橡胶是耐油胶中,价格实惠的胶种,适用于120℃以下等级油封。

2、氢化丁腈(HNBR),耐温等级在-40℃~175℃,其耐热性、耐酸、耐汽油性、耐臭氧 性和物理性能均优于NBR,耐油性与氟橡胶相当,适用于高档油封,如发动机曲轴油封,底盘主 动齿轮轴承油封。

3、丙烯酸酯橡胶(ACM),其耐油 性与中高丙烯腈NBR相当,但耐温可达70℃~200℃,除耐寒性稍逊外,特别适 于制造耐热耐油的油封部件,其综合 性能介于丁腈和氟胶之间,可用于汽车前后轴、轴承座油封。

4、氟橡胶(FKM),耐油性能优越,耐高温性能或达200℃以上,同时还 具备耐化学介质侵蚀,气体渗透性低,耐天候,耐臭氧等性能,适用于 发动机曲轴油封、气门杆密封、分动箱 输入轴油封及输出轴回流油封。


(四)关于汽 车油封的发展方向:

1、随着人 们对汽车在节能、环保、舒适性 及可靠性方面发展,油封性 能也应相应提高

2、使用寿命长,要求行驶里程15万公里不泄漏

3、符合环保条件和TS-16949标准

4、要能耐 多种含有不同添加剂的燃油

5、能节约油料


三、制动皮碗

汽车刹 车系统需使用的制动液,而随着制动液的不同,制动皮碗(刹车皮碗)所用的 橡胶品种也不同。过去由 于制动液采用石油基制动液,橡胶制 动皮碗多采用丁腈橡胶制造。而现在 广泛使用非石油基合成制动液(如DOT3,去成分 为乙二醇醚和聚乙二醇以及抗氧化剂、缓腐剂、PH缓冲剂。DOT4,DOT5其成分含有40~80%硼酸酯的乙二醇醚),选择能 耐沸点高的多元醇的三元乙丙橡胶等比较适合。


在现代 汽车制动系统中,95%以上的 汽车都采用了上述的乙二醇醚(PEG)及其衍生物的刹车液。这类刹 车液具有易溶于水,可压缩性低,与橡胶 匹配性良好的优点。选三元 乙丙橡胶作为制造制动皮碗的橡胶材料,是因为1)三元乙 丙橡胶对极性的PEG系刹车液抗耐性很好。2)由于车 速的提高和频繁刹车,导致高 摩擦而使刹车液温度升高,局部可达150℃,而三元 乙丙橡胶良好的耐水性以及在高温下的良好动态性能及耐候性,使得三 元乙丙橡胶成为制动皮碗最主要胶种。


四、防尘罩

包括万 向节防尘罩和齿条拉杆防尘罩。各生产 厂家选用的胶种不一。一般常使用热塑性EPDM和热塑性TPV和CR制造。防尘罩虽简单,但也要求耐热、耐寒、耐油、耐疲劳、耐臭氧 老化及拉伸性能好。CR(氯丁橡胶)可选用耐寒型好的,则应是 比较理想的防尘罩胶种。因为它兼顾耐油性能。现在市场上,以热塑性EPDM制造的防尘罩以及TPV(热塑性聚氨酯弹性)制造的 防尘罩均有供应。


五、汽车皮膜

它是制动气室的隔膜,在汽车 制动系统中起传递压力的作用。作为制 动气室的核心部件,它的性 能好坏直接反映制动气室的使用寿命,皮膜是 在高压气源下的往复运动件,因此需 要良好的曲挠性、灵敏性。


其选用 的主体胶种为天然橡胶,骨架材 料织物纤维以改性锦纶纤维,采用经 纬同性的平纹编织结构,能满足 皮膜使用时受力无方向性及冲击和撕裂性能。(棉纤维强力低,且纤维粗,所需的 帘线根数或层数多,致使制 品厚度及重量增加,造成制 品的耐热性和耐疲劳性下降;而锦纶纤维(尼龙)虽具有强度高、耐磨性好,但变形大、热稳定性差,易产生热收缩,影响复合制品疲劳性。)


目前,国内汽 车零部件生产厂家众多,产品尺寸、规格不一,橡胶皮膜规格也很多,但使用寿命均应达到25万次以上。国外产品有达到使用100万次。我们应 自主开发新结构复合皮碗,努力赶 上国际同行制造水平。


六、汽车用橡胶O型圈

汽车用的橡胶密封O型圈,与其他 机械设备中用的密封O型圈起 的作用是相同的。O型圈在 使用过程中因受压力作用而变形而产生密封作用。必须具 备良好的弹性和低压缩永久变形和耐老化性。在汽车 不同部位及密封的介质不同,要求O型圈要 有良好的耐油性、耐高低温、低的压 缩永久变形和一定的拉伸强度,如果作为动态密封,还要考 虑到耐磨性和抗撕裂性。


总而言之,汽车用的密封橡胶O型圈,必须适 应汽车的工作条件、介质种类、使用温度、工作压 力和应用状态等多方面条件。以目前 汽车装配各部位需要的橡胶O型圈来看,如燃料喷射装置用O型圈,主要采用FKM(氟橡胶)制造。而普通 橡胶部件用不同丙烯腈含量的丁腈橡胶(NBR)就可以满足要求。有的汽 车部位如发动机罩下,温度不断提高,用普通 橡胶已不能达到要求,必须改用氟橡胶。值得引 起重视的是由于现代汽车为提高燃油燃烧效率,而在燃 油中添加胺类化合物(如丁二酰胺)作为粘度调节剂,以缓解 燃油对金属配件的腐蚀,对密封用的O型圈有 一定的侵蚀作用,这将是须研究的课题。用一般氟胶不行,应使用 耐胺碱的专用氟胶。而对于 满足汽车新型制冷剂(1,1,1,2-四氟乙烷)空调系统的O型圈,建议使 用过氧化物硫化体系的氢化丁腈比较适合。汽车用的密封O型圈,除了在 胶料选材上重视,还有的是在模具开发、模具加 工精度上不断提高,如45度分型面模具,无飞边模具,以及注射成型技术,应加大力度研发,赶上国际先进水平。


结束语

随着我 国汽车工业跟进一步发展,对汽车 橡胶密封制品的要求越来越高。密封,是一个永恒的课题。汽车工 业正面临一个迅速变革时期。发展的 特点是在保证安全、舒适、节能、环保前提下,进一步 提高汽车的使用寿命,发动机向大功率、小体积,以及减少污染环境、进一步 向着提高燃料效率、节能燃料的方向发展。密封制 品必须加大力度研发,缩短与 世界水平的差距,为汽车 各部位需要密封部件,提供优 质橡胶密封制品,是从事 橡胶业全体橡胶人义不容辞的社会责任。


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