淺谈汽车用橡胶密封制品技术与应用

武可迁 · 发表于 2013-9-20 08:23:42

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淺谈汽车用橡胶密封制品技术与应用[2013车用弹性体应用报告会发言初稿]
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漏和密封这一对矛盾体只能尽最大努力平衡，将是从事汽车设计的不可忽视的永恒主题。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漏，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生产，已逐渐执行TS-16949质量体系保证，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，制造橡胶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。
汽车橡胶密封件，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，往往会被人们所忽视。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，它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，仍未达到点滴不漏。相信在不久的将来，也许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，从专业角度说，评价一部汽车质量的时候，首先考虑的因素之一，就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分为六大类：

一.各种类型密封条
二.油封
三.制动皮碗
四．防尘罩
五．制动皮膜
六．O型圈

一、密封条
（一）概述：
车用密封条其功能，除具有装饰性功能外，主要是能夠有效阻挡行车状态下受到的汚浊和噪音，起到防尘防雨和隔音作用，还有当汽车行驶中受到震动和扭曲时，密封条还能起到缓冲丶吸震作用，赋予汽车更好的清洁性和舒适性。无论是车辆外部看得见的密封条，还是车內不易看见的密封条，对车辆都起着不可替代的功能。车用密封条种类繁多，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。
(四)生产工艺:汽车用橡胶密封条半成品成型，目前大多釆用冷喂料挤出机挤出成型。挤出机头有单机头丶复合机头和剪切机头。其螺杆长径比，微波硫化挤出机为16，剪切机头硫化挤出机则大于20。硫化方式多数以微波硫化，和盐浴硫化。其它还有剪切机头硫化及沸腾床硫化。微波硫化生产排放的废物少，且可以连续生产壁厚较大丶断面形状较复杂的密封条。适用于不釆用过氧化物硫化的极性橡胶材质的密封条。盐浴硫化，既适用于极性橡胶也适用于非极性橡胶，也可用过氧化物硫化，及硫化速度快，适宜生产壁薄产品，盐浴硫化的产品易变形和出现气孔，产品表面要清洗，同时带来的汚染环境问题。是人们长期以来努力去改善的难题。据报导，己开发出环保的新的液体硫化介质，如硝酸锂/硝酸钾共熔盐(质量比为32/68，共熔点为135度)以替代具有毒性的液体硫化介质硝酸鉀/亚硝酸钠/硝酸钠共熔盐。(质量比为53/40/7，共熔点也为135度)同时还在开发多烯醇丶硅油和低熔点合金等环保绿色液体硫化介质以及盐回收技术。而釆用剪切机头硫化密封条，可以适合不同极性胶料，和断面结构形状简单的产品生产。沸腾床硫化，适用于不用过氧化物硫化的海绵密封条生产，且因传热介质玻璃珠价格贵，生产成本较高。以上几种硫化方式，各有特点，根据实际情况选用。其工艺设计难点在于如何能使密封条产品做到"安装容易丶拔出难"的原则，对密封面设计，必须保证合适的压缩量，且在移动开启时，手感顺畅，对于尺寸公差的控制以及与五金件的配合量都是衡量密封条技术标准的重要指标。

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)生产工艺:
油封生产，胶料配合和炼胶工艺，与一般常规炼胶工艺基本相同，只是根据不同油封性能，在配方上有所调整，特别是添加耐热丶耐磨丶自润滑填料。如石墨烯及聚四氟乙烯的应用。不同材质的并用及贴合，大大改善了油封的使用性能和使用寿命。传统的骨架处理，也向无毒丶低毒化化发展。硫化设备广泛应用自动抽真空平板硫化机丶压注和注压硫化机。油封唇囗一般采用切割法成型，方便模具出模，容易控制唇口过盈量，弹簧槽根部也不易撕裂。
（五）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，这就要求对油封模具设计丶胶料并用丶复合技术及加工设备要有创新开发。
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
主体材料
汽车刹车系统需使用的制动液，是各种汽车液压制动系统中传递压力丶实现制动作用的液体。汽车制动和行驶安全性与所使用的制动液有关。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、緩腐剂、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造制动皮碗最主要胶种。
   汽车制动橡胶皮碗的性能优劣，直接关系到汽车制动性能，对原材料选用及炼胶丶[尤其是濾胶工艺]和硫化工艺条件必须严格控制，而在关键工序，如切割，如果控制不好，直接影响到使用性能。

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。）汽车皮膜生产工艺与其它夹布橡胶产品生产工艺基本相同。作为气室制动使用，在配方设计上要考虑应有一定的定伸应力，应保证良好的动态曲挠性和对压力稳定的敏感性。其工艺难点在于胶料要与补強纤维黏合得紧密，对织物应要求有好的附着力和在硫化时的良好流动性。作为汽车配件的橡胶皮膜，应有优良的弹性复原性，能承受频繁的载荷压力。以及温度适应性和耐老化性。
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。防止洩漏及外界环境介质和粉尘侵入。主要用于旋转轴或往复运动轴系。汽车用O型圈，是安装于发动机丶齿轮箱丶轿车主轴上或液压丶气压传动系动中，防止润滑油丶液压油及其它液体泄漏，保证各部件体系正常运行。O形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，这将是须研究的新课题。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，应加大力度研发和应用，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，广泛使用特种合成橡胶材料和新型多种热塑弹性体。丁腈丶丙烯酸酯橡胶丶氢化丁腈橡胶丶氟橡胶，己成为汽车用密封主要胶种。密封，是汽车领域一个永恒的主题。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，这就需要不同材质的橡胶密封制品去配合。汽车用橡胶密封制品，必须加大研发力度，缩短与世界水平的差距，为汽车各部位需要的密封件，提供优质丶可靠的丶向零缺陷追求的橡胶密封制品，是从事橡胶工业的全体员工义不容辞的社会责任。服务汽车，实现橡胶材质密封价值！

stoneavid · 发表于 2013-9-20 10:51:28

学习下

sxczx · 发表于 2013-9-20 12:18:02

我们的产品离世界先进的橡胶制品还有很大差距。我们应该下工夫赶超。

胶峰 · 发表于 2013-9-20 19:59:14

武老师写的很全面

姜平辉 · 发表于 2013-9-21 10:52:37

谢武老,学习一下。

JTDD · 发表于 2013-10-1 21:02:30

好好学习

奔向西南 · 发表于 2013-10-5 09:02:45

初学者来学习，谢谢武老师。

摩尔先生 · 发表于 2013-10-5 20:08:40

学习一下谢谢分享！

cjw12345 · 发表于 2014-6-1 00:36:31

武老的文章
令人讚賞
讚讚讚

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