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汽車橡膠密封制品技術與應用淺談

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汽車橡膠密封制品技術與應用淺談

發布日期:2018-05-14 作者: 點擊:

前言

自從1769年,法國人NJ居紐制造了世界上第一輛蒸汽驅動三輪汽車,距今已244年。社會的進步、時代的發展,汽車作為唯一的技術和消費雙重先導性產品,人們一直在追求汽車的性能完美性。如速度、安全、舒適、節能、環保等方面的結合。這就涉及到汽車的防震、密封、傳動、噪聲、行走等重要部分。而這些部件都是需要由橡膠配件去配合。一部汽車所使用的橡膠配件少說也有三、四百個,沒有這些橡膠配件,汽車是無法正常行駛的。所以說汽車離不開橡膠。尤其是密封部件,更是汽車設計的重要部分。一輛現代的轎車,有240多件密封配件,這些橡膠配件雖小,但作用巨大,尤其是關鍵部位的橡膠密封零件,“差之毫厘,失之千里”。在汽車使用過程中泄露和密封這一對矛盾體,將是從事汽車設計的永恒主題。以彈性體橡膠為代表的車用橡膠密封件的創新、研發將會持續發展,車用橡膠密封制品的質量,將直接影響汽車的使用性能。眾所周知,橡膠密封制品廣泛應用于幾乎所有各個領域,雖然科技人員一直在努力研究,防止設備的跑、冒、滴、漏,但至今仍無絕對把握做到點滴不漏。


最近,美國航天局公布,2013年7月16日,國際空間站進行的一次太空行走時突然中止,原因是一位意大利宇航員的頭盔內的飲水帶泄露,如不中止返航宇航員就有窒息或溺水的危險,而我國神舟十號與天宮一號對接后,其重要任務之一就是檢查和更換橡膠密封圈,以確保安全運行,密封技術已是航空航天的主要課題。


隨著現代工業的發展,以汽車為代表的先進制造技術的開發,有力地促進了與其相配套的高精度橡膠密封件制造技術的發展。目前汽車用的密封制品,已逐漸執行TS-16949質量體系規劃,以達到產品的規范法、標準化、系列法;工藝流程、煉膠配料、上輔機投料自動化;硫化、半成品修整工序機械化、半自動化、自動化;工序銜接配套化;檢測手段和方法標準化、實用化;生產管理和質量監控ERP及條碼化。


但是,目前在市場激烈的競爭中,汽車用橡膠密封制品也遇到兩難的窘境:一方面,制造密封件廠家面臨原材料、動力、人工的不斷漲價;而另一方面又受到下游汽車制造廠商一再降價但又要高質量滿足TS16949規范要求的壓力。有一定技術基礎及規模的企業,尚可頂得住,以微利或保本維持生存,迫不得已以低單價去迎合下游汽配的需求,但是帶來的質量隱患令人擔憂。這也是國產與進口汽車差距的原因之一。


汽車密封件,不像輪胎那樣顯露,它往往處于一輛車不為人們易見的位置,因而其重要性會被人們所忽視。不是有位企業家曾說過:“造汽車有什么神秘,不就是四個輪子、幾個沙發、加上發動機、方向盤嗎?”其實真的造好它是不簡單的,它是現代多學科綜合科技水平的產物。單就車用橡膠密封制品而言,是多學科交叉的產物,精密程度和方法、標準也是比較高的,人類為尋求完美的密封系統,已經進行了幾百年的不懈努力。相信在不久的將來,會出現完美的整合式密封系統,集密封功能與導向功能為一體。可以這樣說,評價一部汽車質量的時候,首先考慮的因素之一是它的密封性能如何。


汽車用橡膠密封制品分類


汽車用橡膠密封制品一般為六大類:

1、各種類型密封條

2、油封

3、制動皮碗

4、防塵罩

5、制動皮膜

6、O型圈


一、密封條

(一)概述:

密封條包括車窗、車門、頂棚、裝飾、鑲嵌、植絨、涂復等品種。主要使用聚烯烴、熱塑彈性體。如三元乙丙橡膠及并用膠和TPE熱塑彈性體。其優點是耐磨性,耐候性好,摩擦系數小,制造工藝相對簡單。有些帶骨架的密封條,種類繁多,如鋼帶、鋼絲編帶、鋁帶。其中鋼帶又包括拉伸鋼帶、沖切鋼帶、光板帶。而拉伸鋼帶又分為對稱拉伸鋼帶和不對稱拉伸鋼帶。沖切鋼帶又分為單橋沖切鋼帶和雙橋沖切鋼帶。


(單橋沖切鋼帶橡膠密封條在使用時,不可折斷,只能沿徑向彎曲;雙橋沖切鋼帶橡膠密封條,在使用時可折斷,能多方位彎曲。)


(二)汽車橡膠密封條種類、結構及主體材料


1、 密封條種類:

車門密封條、玻璃導槽密封條、車門外側密封條、散熱器密封條、發動機蓋密封條、行李箱蓋密封條、排水槽密封條、車內裝飾密封條。


2、 密封條結構:

a、純膠密封條(包括海綿發泡密封條)

b、復合膠密封條(包括海綿發泡與密實膠復合);

c、膠與金屬復合密封條;

d、植絨或安裝面表面處理密封條;

e、膠與海綿發泡膠、金屬多重復密封條。

3、密封條主體材料:

a、一般采用長支鏈化三元乙丙橡膠;

b、熱塑性三元乙丙彈性體;

c、低摩擦層材料(以低摩擦熱塑性材料與熱塑性三元乙丙共擠出使其復合在密封條表面)。


(三)汽車密封條性能要求:

1、 常規性能:如硬度、拉斷強度、拉斷伸長率、壓縮永久變形、耐臭氧老化、耐大氣老

化、耐油漆接觸互滲性能。

2、成品性能:包括對門框關閉前后的擠壓力、插入及拔出力,植絨面的耐磨性,密封條涂層的耐磨性。


二、油封

(一)概述:汽車用橡膠油封多種多樣。主要用于旋轉軸或往返運動軸系的密封,能使用較高的轉速、自密封性好,使用壽命長,是高技術含量的精密橡膠零件。特別是在汽車發動機、變速箱。氣門油封。其要求性能比較高。汽車油封分類方法很多:


骨架油封按機構分類如下:

1、內骨架油封;

2、外骨架油封;

3、半外露骨架油封;

4、封唇油封;

5、帶副唇油封;

6、組合式油封;

以按在汽車部位來分

1、曲軸前油封

2、曲軸后油封

3、變速箱油封

4、 凸輪箱油封

5、輪殼油封

6、半軸油封

7、氣壓導桿油封

8、減震器油封


(二)油封功能:

因為油封具有柔韌性,并有金屬骨架支撐,靠密封刃口施加給軸,以徑向力,防止潤滑油泄漏,并防止雜物侵入。


(三)主體材料:

膠種的選擇,主要考慮到油封的工作溫度,以及橡膠于被密封流體的相容性。汽車油封常用的材料,多為合成橡膠,包括:

1、丁腈橡膠(NBR),耐溫在-40℃~120℃,其耐油體積變化率可在其丙烯腈含量及配合劑上選取。丁腈橡膠是耐油膠中,價格實惠的膠種,適用于120℃以下等級油封。

2、氫化丁腈(HNBR),耐溫等級在-40℃~175℃,其耐熱性、耐酸、耐汽油性、耐臭氧性和物理性能均優于NBR,耐油性與氟橡膠相當,適用于高檔油封,如發動機曲軸油封,底盤主動齒輪軸承油封。

3、丙烯酸酯橡膠(ACM),其耐油性與中高丙烯腈NBR相當,但耐溫可達70℃~200℃,除耐寒性稍遜外,特別適于制造耐熱耐油的油封部件,其綜合性能介于丁腈和氟膠之間,可用于汽車前后軸、軸承座油封。

4、氟橡膠(FKM),耐油性能優越,耐高溫性能或達200℃以上,同時還具備耐化學介質侵蝕,氣體滲透性低,耐天候,耐臭氧等性能,適用于發動機曲軸油封、氣門桿密封、分動箱輸入軸油封及輸出軸回流油封。


(四)關于汽車油封的發展方向:

1、隨著人們對汽車在節能、環保、舒適性及可靠性方面發展,油封性能也應相應提高

2、使用壽命長,要求行駛里程15萬公里不泄漏

3、符合環保條件和TS-16949標準

4、要能耐多種含有不同添加劑的燃油

5、能節約油料


三、制動皮碗

汽車剎車系統需使用的制動液,而隨著制動液的不同,制動皮碗(剎車皮碗)所用的橡膠品種也不同。過去由于制動液采用石油基制動液,橡膠制動皮碗多采用丁腈橡膠制造。而現在廣泛使用非石油基合成制動液(如DOT3,去成分為乙二醇醚和聚乙二醇以及抗氧化劑、緩腐劑、PH緩沖劑。DOT4,DOT5其成分含有40~80%硼酸酯的乙二醇醚),選擇能耐沸點高的多元醇的三元乙丙橡膠等比較適合。


在現代汽車制動系統中,95%以上的汽車都采用了上述的乙二醇醚(PEG)及其衍生物的剎車液。這類剎車液具有易溶于水,可壓縮性低,與橡膠匹配性良好的優點。選三元乙丙橡膠作為制造制動皮碗的橡膠材料,是因為1)三元乙丙橡膠對極性的PEG系剎車液抗耐性很好。2)由于車速的提高和頻繁剎車,導致高摩擦而使剎車液溫度升高,局部可達150℃,而三元乙丙橡膠良好的耐水性以及在高溫下的良好動態性能及耐候性,使得三元乙丙橡膠成為制動皮碗最主要膠種。


四、防塵罩

包括萬向節防塵罩和齒條拉桿防塵罩。各生產廠家選用的膠種不一。一般常使用熱塑性EPDM和熱塑性TPV和CR制造。防塵罩雖簡單,但也要求耐熱、耐寒、耐油、耐疲勞、耐臭氧老化及拉伸性能好。CR(氯丁橡膠)可選用耐寒型好的,則應是比較理想的防塵罩膠種。因為它兼顧耐油性能。現在市場上,以熱塑性EPDM制造的防塵罩以及TPV(熱塑性聚氨酯彈性)制造的防塵罩均有供應。


五、汽車皮膜

它是制動氣室的隔膜,在汽車制動系統中起傳遞壓力的作用。作為制動氣室的核心部件,它的性能好壞直接反映制動氣室的使用壽命,皮膜是在高壓氣源下的往復運動件,因此需要良好的曲撓性、靈敏性。


其選用的主體膠種為天然橡膠,骨架材料織物纖維以改性錦綸纖維,采用經緯同性的平紋編織結構,能滿足皮膜使用時受力無方向性及沖擊和撕裂性能。(棉纖維強力低,且纖維粗,所需的簾線根數或層數多,致使制品厚度及重量增加,造成制品的耐熱性和耐疲勞性下降;而錦綸纖維(尼龍)雖具有強度高、耐磨性好,但變形大、熱穩定性差,易產生熱收縮,影響復合制品疲勞性。)


目前,國內汽車零部件生產廠家眾多,產品尺寸、規格不一,橡膠皮膜規格也很多,但使用壽命均應達到25萬次以上。國外產品有達到使用100萬次。我們應自主開發新結構復合皮碗,努力趕上國際同行制造水平。


六、汽車用橡膠O型圈

汽車用的橡膠密封O型圈,與其他機械設備中用的密封O型圈起的作用是相同的。O型圈在使用過程中因受壓力作用而變形而產生密封作用。必須具備良好的彈性和低壓縮永久變形和耐老化性。在汽車不同部位及密封的介質不同,要求O型圈要有良好的耐油性、耐高低溫、低的壓縮永久變形和一定的拉伸強度,如果作為動態密封,還要考慮到耐磨性和抗撕裂性。


總而言之,汽車用的密封橡膠O型圈,必須適應汽車的工作條件、介質種類、使用溫度、工作壓力和應用狀態等多方面條件。以目前汽車裝配各部位需要的橡膠O型圈來看,如燃料噴射裝置用O型圈,主要采用FKM(氟橡膠)制造。而普通橡膠部件用不同丙烯腈含量的丁腈橡膠(NBR)就可以滿足要求。有的汽車部位如發動機罩下,溫度不斷提高,用普通橡膠已不能達到要求,必須改用氟橡膠。值得引起重視的是由于現代汽車為提高燃油燃燒效率,而在燃油中添加胺類化合物(如丁二酰胺)作為粘度調節劑,以緩解燃油對金屬配件的腐蝕,對密封用的O型圈有一定的侵蝕作用,這將是須研究的課題。用一般氟膠不行,應使用耐胺堿的專用氟膠。而對于滿足汽車新型制冷劑(1,1,1,2-四氟乙烷)空調系統的O型圈,建議使用過氧化物硫化體系的氫化丁腈比較適合。汽車用的密封O型圈,除了在膠料選材上重視,還有的是在模具開發、模具加工精度上不斷提高,如45度分型面模具,無飛邊模具,以及注射成型技術,應加大力度研發,趕上國際先進水平。


結束語

隨著我國汽車工業跟進一步發展,對汽車橡膠密封制品的要求越來越高。密封,是一個永恒的課題。汽車工業正面臨一個迅速變革時期。發展的特點是在保證安全、舒適、節能、環保前提下,進一步提高汽車的使用壽命,發動機向大功率、小體積,以及減少污染環境、進一步向著提高燃料效率、節能燃料的方向發展。密封制品必須加大力度研發,縮短與世界水平的差距,為汽車各部位需要密封部件,提供優質橡膠密封制品,是從事橡膠業全體橡膠人義不容辭的社會責任。


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