汽車橡膠密封制品技術(shù)與應(yīng)用淺談

自從1769年，法國人NJ居紐制造了世界上第一輛蒸汽驅(qū)動三輪汽車，距今已244年。社會的進(jìn)步、時代的發(fā)展，汽車作為唯一的技術(shù)和消費(fèi)雙重先導(dǎo)性產(chǎn)品，人們一直在追求汽車的性能完美性。如速度、安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保等方面的結(jié)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(shè)計的重要部分。一輛現(xiàn)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(guān)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(shè)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(chuàng)新、研發(fā)將會持續(xù)發(fā)展，車用橡膠密封制品的質(zhì)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(yīng)用于幾乎所有各個領(lǐng)域，雖然科技人員一直在努力研究，防止設(shè)備的跑、冒、滴、漏，但至今仍無絕對把握做到點(diǎn)滴不漏。

最近，美國航天局公布，2013年7月16日，國際空間站進(jìn)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(nèi)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(wù)之一就是檢查和更換橡膠密封圈，以確保安全運(yùn)行，密封技術(shù)已是航空航天的主要課題。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，以汽車為代表的先進(jìn)制造技術(shù)的開發(fā)，有力地促進(jìn)了與其相配套的高精度橡膠密封件制造技術(shù)的發(fā)展。目前汽車用的密封制品，已逐漸執(zhí)行TS－16949質(zhì)量體系規(guī)劃，以達(dá)到產(chǎn)品的規(guī)范法、標(biāo)準(zhǔn)化、系列法；工藝流程、煉膠配料、上輔機(jī)投料自動化；硫化、半成品修整工序機(jī)械化、半自動化、自動化；工序銜接配套化；檢測手段和方法標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化；生產(chǎn)管理和質(zhì)量監(jiān)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(zhì)量滿足TS16949規(guī)范要求的壓力。有一定技術(shù)基礎(chǔ)及規(guī)模的企業(yè)，尚可頂?shù)米?，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(zhì)量隱患令人擔(dān)憂。這也是國產(chǎn)與進(jìn)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(yè)家曾說過：“造汽車有什么神秘，不就是四個輪子、幾個沙發(fā)、加上發(fā)動機(jī)、方向盤嗎？”其實(shí)真的造好它是不簡單的，它是現(xiàn)代多學(xué)科綜合科技水平的產(chǎn)物。單就車用橡膠密封制品而言，是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，精密程度和方法、標(biāo)準(zhǔn)也是比較高的，人類為尋求完美的密封系統(tǒng)，已經(jīng)進(jìn)行了幾百年的不懈努力。相信在不久的將來，會出現(xiàn)完美的整合式密封系統(tǒng)，集密封功能與導(dǎo)向功能為一體?？梢赃@樣說，評價一部汽車質(zhì)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(fù)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(yōu)點(diǎn)是耐磨性，耐候性好，摩擦系數(shù)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(jié)構(gòu)及主體材料

1、 密封條種類：

車門密封條、玻璃導(dǎo)槽密封條、車門外側(cè)密封條、散熱器密封條、發(fā)動機(jī)蓋密封條、行李箱蓋密封條、排水槽密封條、車內(nèi)裝飾密封條。

2、 密封條結(jié)構(gòu)：

a、純膠密封條（包括海綿發(fā)泡密封條）

b、復(fù)合膠密封條（包括海綿發(fā)泡與密實(shí)膠復(fù)合）；

c、膠與金屬復(fù)合密封條；

d、植絨或安裝面表面處理密封條；

e、膠與海綿發(fā)泡膠、金屬多重復(fù)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(fù)合在密封條表面）。

（三）汽車密封條性能要求：

1、 常規(guī)性能：如硬度、拉斷強(qiáng)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(guān)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(zhuǎn)軸或往返運(yùn)動軸系的密封，能使用較高的轉(zhuǎn)速、自密封性好，使用壽命長，是高技術(shù)含量的精密橡膠零件。特別是在汽車發(fā)動機(jī)、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(jī)構(gòu)分類如下：

1、內(nèi)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(dǎo)桿油封

8、減震器油封

（二）油封功能：

因?yàn)橛头饩哂腥犴g性，并有金屬骨架支撐，靠密封刃口施加給軸，以徑向力，防止?jié)櫥托孤⒎乐闺s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(shí)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(yōu)于NBR，耐油性與氟橡膠相當(dāng)，適用于高檔油封，如發(fā)動機(jī)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(dāng)，但耐溫可達(dá)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(yōu)越，耐高溫性能或達(dá)200℃以上，同時還具備耐化學(xué)介質(zhì)侵蝕，氣體滲透性低，耐天候，耐臭氧等性能，適用于發(fā)動機(jī)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(guān)于汽車油封的發(fā)展方向：

1、隨著人們對汽車在節(jié)能、環(huán)保、舒適性及可靠性方面發(fā)展，油封性能也應(yīng)相應(yīng)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(huán)保條件和TS－16949標(biāo)準(zhǔn)

4、要能耐多種含有不同添加劑的燃油

5、能節(jié)約油料

三、制動皮碗

汽車剎車系統(tǒng)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(xiàn)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(diǎn)高的多元醇的三元乙丙橡膠等比較適合。

在現(xiàn)代汽車制動系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)。選三元乙丙橡膠作為制造制動皮碗的橡膠材料，是因?yàn)?）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(dǎo)致高摩擦而使剎車液溫度升高，局部可達(dá)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(tài)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(jié)防塵罩和齒條拉桿防塵罩。各生產(chǎn)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(yīng)是比較理想的防塵罩膠種。因?yàn)樗骖櫮陀托阅堋，F(xiàn)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(yīng)。

五、汽車皮膜

它是制動氣室的隔膜，在汽車制動系統(tǒng)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(fù)運(yùn)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(jīng)緯同性的平紋編織結(jié)構(gòu)，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(qiáng)力低，且纖維粗，所需的簾線根數(shù)或?qū)訑?shù)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(qiáng)度高、耐磨性好，但變形大、熱穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生熱收縮，影響復(fù)合制品疲勞性。）

目前，國內(nèi)汽車零部件生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品尺寸、規(guī)格不一，橡膠皮膜規(guī)格也很多，但使用壽命均應(yīng)達(dá)到25萬次以上。國外產(chǎn)品有達(dá)到使用100萬次。我們應(yīng)自主開發(fā)新結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)械設(shè)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(chǎn)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(zhì)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(qiáng)度，如果作為動態(tài)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(yīng)汽車的工作條件、介質(zhì)種類、使用溫度、工作壓力和應(yīng)用狀態(tài)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(fā)動機(jī)罩下，溫度不斷提高，用普通橡膠已不能達(dá)到要求，必須改用氟橡膠。值得引起重視的是由于現(xiàn)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(diào)節(jié)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(yīng)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(diào)系統(tǒng)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(fā)、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(shù)，應(yīng)加大力度研發(fā)，趕上國際先進(jìn)水平。

結(jié)束語

隨著我國汽車工業(yè)跟進(jìn)一步發(fā)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(yè)正面臨一個迅速變革時期。發(fā)展的特點(diǎn)是在保證安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保前提下，進(jìn)一步提高汽車的使用壽命，發(fā)動機(jī)向大功率、小體積，以及減少污染環(huán)境、進(jìn)一步向著提高燃料效率、節(jié)能燃料的方向發(fā)展。密封制品必須加大力度研發(fā)，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(yōu)質(zhì)橡膠密封制品，是從事橡膠業(yè)全體橡膠人義不容辭的社會責(zé)任。