解析汽車用密封技術
汽車用密封條製品包括密封條、油封、O型圈、製動皮碗、製動皮膜和防塵罩等。現將以上密封製品簡介如下:
1.1密封條
橡膠密封條分為純密封條(密實膠密封條和海綿膠密封條)和複合密封條(密實膠/海綿膠複合密封條、密實膠/金屬複合密封條)兩大類,欧宝官方体育app下载一些密封條進行了單麵或雙麵植絨及安裝麵塗覆塗料等表麵處理。
汽車用橡膠密封條是我國發展最快的汽車用橡膠密封製品。早在2000年我國汽車用橡膠密封條需求達到14000萬m,2005年增至30200萬m,預計到2015年123000萬m。
1.2密封條材料
1.主體材料
汽車用橡膠密封條的主體材料一般是三元乙丙橡膠(EPDM)。最近,欧宝官方体育app下载新型催化體係的可控長支化鏈CLCB技術開發出新型CLCBEPDM特別適合汽車密封條,備受業界關注。CLCB技術的創新點是共同實踐了三元乙丙的高支化度和窄相對分子質量分布。與傳統的三元乙丙相比,CLCB技術三元乙丙的優點為:
長支化鏈使炭黑的混入速度加快、分散更均勻,避免混煉或擠出過程中發生“炭黑焦燒”現象;
賦予膠料良好的抗塌陷性能;
雖然亞乙基冰片烯ENB含量中等,但硫化速度、強伸性能和壓縮永久變形與ENB含量高的傳統三元乙丙相當,耐老化性能較好;
流動性能優異,擠出速度快;
雖然相對分子質量分布窄、門尼粘度高,但抗焦燒性能好,加工性能優。
熱塑性三元乙丙有三元乙丙與PP共混製備的全動態硫化型熱塑性彈性體。1998年德國戴姆勒-奔馳汽車公司生產的A係列轎車後側角密封條指定美國AES公司熱塑性三元乙丙。
熱塑性三元乙丙製作橡膠條的優點:
不可混煉和硫化,直接擠出;
可與硬質共擠出;
可生產彩色密封條和高硬度密封條,接角光滑,無需表麵噴塗裝飾;
邊角料可以回收利用;
不含鹵素,比用PVC製造密封條環保;
2.低摩擦層材料
目前,為了減少摩擦,汽車密封條表麵多用植絨處理,最新的動向是在熱塑性三元乙丙汽車密封條表麵覆蓋一薄低摩擦層。該摩擦層是低摩擦熱塑性材料與熱塑性三元乙丙共擠出而粘附在密封條表麵。
1.3密封條生產工藝
1.擠出
汽車用橡膠密封條欧宝官方体育app下载冷喂料擠出機擠出成型,擠出機頭有單機頭、複合機頭和剪切接頭。欧宝官方体育app下载,微波硫化擠出機的螺杆長徑比一般為16,剪切機頭硫化擠出機的螺杆長徑比大於20。
2.硫化
冷喂料擠出機擠出的橡膠密封條半成品欧宝官方体育app下载連續硫化工藝硫化,硫化方式有微波硫化、剪切機頭硫化、鹽浴硫化和流化床硫化、熱空氣硫化和高速熱空氣硫化。高速熱空氣硫化由於傳熱速度慢、加熱設備能耗高,近幾年已被淘汰、
1.4密封條設計和檢測
近幾年,我國橡膠密封條生產企業已能根據整車廠提供的三維車身數據,通過CAD、CAE和有限元分析設計及分析密封條機構和性能,自主開發和生產多種中、高檔乘用車密封條,同時還能對現有密封條結構和配方優化,解決其自身的問題。
2.1油封
旋轉軸唇形密封圈習慣稱為油封、按結構,油封分為:內包骨架油封,包括B型無副唇和FB型有副唇油封;外露骨架油封,包括W型無副唇和FB型有副唇;裝配式油封,包括Z型無副唇和FZ型有副唇。油封結構對其性能影響極大。。20世紀70~80年代,我國通
過對油封結構(斷麵形狀和尺寸)的深入研究,研製出一係列與結構設計有關的檢測裝置(如油封徑向力、唇口接觸寬度、摩擦扭轉、唇口溫升及壽命等測試儀器或台架),奠定了油封結構設計的基礎,基本確定了油封結構參數(腰部形狀和尺寸、唇口與彈簧槽的匹配尺寸、過盈量、副唇形狀和尺寸等)的設計原則。這些原則已應用於油封設計標準GB9877.1,GB9877.2和GB9877.3中。與內包骨架油封相比,外露骨架油封的安裝同心度高,密封效果好,但模具的加工工藝和尺寸精度控製及產品磨削較困難。國外汽車油封基本為外露骨架油封,我國汽車油封主要為內露骨架油封。20世紀80年代初原化學工業部組織過外露骨架油封研製的大型攻關,對外露骨架油封的膠料配方和結構設計、膠料與骨架粘合、外露骨架防鏽處理、彈簧和模具設計及加工、產品磨削工藝等進行了係統研究。
2.2油封材料
油封的主體材料主要根據油封密封介質、工作溫度以及軸轉速確定。德國DIN376l規定了各膠種油封適用的密封介質和工作溫度以及軸徑和轉速,這些選材原則有很高的實用性,汽車油封目前主要欧宝官方体育app下载NBR、丙烯酸酯橡膠(ACM)和氟橡膠(FKM)製造,如斯太爾汽車底盤共有13種油封,欧宝官方体育app下载有3種NBR油封、4種ACM油封和6種FKM油封,這些油封中單向和雙向回流油封各2種。
汽車傳動油(如變速箱油)油封的短期允許使用最高溫度為100℃,一般欧宝官方体育app下载硫黃硫化、炭黑補強的NBR膠料製造,但該材質油封唇部易產生硬化甚至龜裂的現象,原因是油封使用時唇部最高溫度可達到150℃,遠超過NBR所耐極限溫度。以過氧化物替代硫黃硫化體係、白炭黑替代炭黑製造的NBR變速箱油封工作時唇口溫度較低、不易硬化或龜裂,使用壽命延長5倍左右,但其硫化速度慢、抗熱撕裂性能較差。國外NBR汽車油封大多欧宝官方体育app下载半有效硫黃硫化體係硫化。
2.3金屬骨架油封和彈簧
油封骨架一般欧宝官方体育app下载拉伸性能好、易成型的冷軋鋼板經一次或二次衝型製成。我國油封骨架的質量尚可。
2.4金屬骨架油封表麵處理
除在膠料中加入減摩劑外,對油封唇口進行表麵處理也是減小油封唇口摩擦因數的有效方法。在唇口表麵粘貼PTFE薄膜是比較成熟的油封表麵處理方法,在國外(特別是歐洲)應用較多,我國和日本稱這種油封為AF油封。我國自20世紀80年代開始研製AF油封並很快
實現工業化生產。AF油封的生產(貼膜)工藝為:先將PTEF薄膜的粘合麵用萘鈉溶液處理或,其後塗上粘合劑並預成型,然後放入模具並裝填膠料,硫化後即得AF油封。欧宝官方体育app下载,PTEF薄膜粘合麵多用萘鈉溶液處理。油封表麵的處理方法還有靜電噴塗PTFE懸浮液一燒結法鹵化法和磺化法、酸處理法等。
3.1O形圈
汽車的普通O形圈主要欧宝官方体育app下载NBR製造;耐高溫、耐燃油O形圈,如燃料噴射裝置O形圈主要欧宝官方体育app下载FKM製造。隨著汽車發動機罩下溫度的不斷提高,O形圈多用氟橡膠FKM製造。目前,對0形圈膠料性能的主要要求為流動性好、耐熱性能優和壓縮永久變形小。為克服FKM流動性差的缺點,20世紀70年代曾欧宝官方体育app下载相對分子質量大(數均相對分子質量約20萬)與相對分子質量小(數均相對分子質量約10萬)的FKM並用製造O形圈,但並未從根本上解決膠料流動性差的問題。後來開發出低相對分子質量的FKM(數均相對分子質量約6萬),使膠料的門尼粘度減小、流動性改善,但卻導致了O形圈的密封性能和耐熱性能變差
4.1動皮碗和皮膜
製動液不同,製動皮碗(刹車皮碗)所用的橡膠品種不同。早先的醇型製動液(精製蓖麻油/乙醇或丁醇)沸點低、低溫流動性差、易產生氣阻,製動皮碗適合欧宝官方体育app下载NR製造。後來的石油基製動液(礦物油/助劑)沸點較高、粘度適中、低溫流動性好、壓力傳遞快、不腐蝕金屬件,製動皮碗適合欧宝官方体育app下载NBR製造。
現在廣泛使用的非石油基合成製動液(如DOT3和DOT4)沸點較高,製動皮碗適合欧宝官方体育app下载耐高溫的EPDM製造。桑塔納轎車使用DOT3製動液,其國產製動皮碗欧宝官方体育app下载EPDM與少量EPM並用作主體材料,該製動皮碗物理性能和耐DOT3性能好,常溫和交變溫度下的耐久性能完全達到德國大眾公司TL—Vw901標準。國外耐合成製動液的製動皮碗膠料主體材料為EPDM或EPDM/EPM體係,硫化體係為過氧化物/三羥甲基丙烷三(2一甲基丙烯酸酯)體係,補強劑為炭黑或炭黑/白炭黑體係,防老劑不加增塑劑或用少量聚異丁烯或液體EPDM作增塑劑。用過氧化物硫化的EPDM製動皮碗還可進行二段硫化,以使產品熱老化後的硬度變化和壓縮永久變形減小並消除硫化時過氧化物產生的異味唇口切割是實現製動皮碗無飛邊的重要措施,其對於保證齜動皮碗的配合過盈精度、提高使用性能和延長使用壽命極為重要。
5..1防塵罩
汽車防塵罩包括萬向節防塵罩和齒條拉杆防塵罩等。1985年以前,國外汽車防塵罩均用CR製造。其後,逐漸欧宝官方体育app下载TPV製造。目前,歐洲95%的汽車防塵罩欧宝官方体育app下载TPV製造。我國一直欧宝官方体育app下载CR生產汽車防塵罩,過去用平板模壓硫化,現在還用注壓硫化。由於防塵罩要求耐熱、耐寒、耐油、耐動態疲勞、耐臭氧老化及拉伸性能好,因此所用CR一般為進口耐寒和耐熱型CR。
我國汽車用橡膠密封製品生產企業必須加大產品開發力度,改進生產技術,提高裝備水平,不斷提升產品質量和檔次,才能滿足汽車工業發展的需要,從而在競爭中立於不敗之地。
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