貴州大眾橡膠有限公司
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前言
自從1769年,法國(guó)人NJ居紐制造了世界上第一輛蒸汽驅(qū)動(dòng)三輪汽車,距今已244年。社會(huì)的進(jìn)步、時(shí)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(dòng)、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(shuō)也有三、四百個(gè),沒(méi)有這些橡膠配件,汽車是無(wú)法正常行駛的。所以說(shuō)汽車離不開(kāi)橡膠。尤其是密封部件,更是汽車設(shè)計(jì)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(guò)程中泄露和密封這一對(duì)矛盾體,將是從事汽車設(shè)計(jì)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(huì)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(gè)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(wú)絕對(duì)把握做到點(diǎn)滴不漏。
最近,美國(guó)航天局公布,2013年7月16日,國(guó)際空間站進(jìn)行的一次太空行走時(shí)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(xiǎn),而我國(guó)神舟十號(hào)與天宮一號(hào)對(duì)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(kāi)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(dòng)化;硫化、半成品修整工序機(jī)械化、半自動(dòng)化、自動(dòng)化;工序銜接配套化;檢測(cè)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(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)力、人工的不斷漲價(jià);而另一方面又受到下游汽車制造廠商一再降價(jià)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(jià)去迎合下游汽配的需求,但是帶來(lái)的質(zhì)量隱患令人擔(dān)憂。這也是國(guó)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(jiàn)的位置,因而其重要性會(huì)被人們所忽視。不是有位企業(yè)家曾說(shuō)過(guò):“造汽車有什么神秘,不就是四個(gè)輪子、幾個(gè)沙發(fā)、加上發(fā)動(dòng)機(jī)、方向盤嗎?”其實(shí)真的造好它是不簡(jiǎn)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(lái),會(huì)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(shuō),評(píng)價(jià)一部汽車質(zhì)量的時(shí)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(dòng)皮碗
4、防塵罩
5、制動(dòng)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(duì)簡(jiǎn)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(duì)稱拉伸鋼帶和不對(duì)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(shí),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(shí)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(dòng)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?gòu)?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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(dòng)軸系的密封,能使用較高的轉(zhuǎn)速、自密封性好,使用壽命長(zhǎng),是高技術(shù)含量的精密橡膠零件。特別是在汽車發(fā)動(dòng)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(lái)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?,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(jià)格實(shí)惠的膠種,適用于120℃以下等級(jí)油封。
2、氫化丁腈(HNBR),耐溫等級(jí)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(dòng)機(jī)曲軸油封,底盤主動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)曲軸油封、氣門桿密封、分動(dòng)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(duì)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(zhǎng),要求行駛里程15萬(wàn)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(dòng)皮碗
汽車剎車系統(tǒng)需使用的制動(dòng)液,而隨著制動(dòng)液的不同,制動(dòng)皮碗(剎車皮碗)所用的橡膠品種也不同。過(guò)去由于制動(dòng)液采用石油基制動(dòng)液,橡膠制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)皮碗的橡膠材料,是因?yàn)?)三元乙丙橡膠對(duì)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(dòng)態(tài)性能及耐候性,使得三元乙丙橡膠成為制動(dòng)皮碗最主要膠種。
四、防塵罩
包括萬(wàn)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(jiǎn)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(chǎng)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(dòng)氣室的隔膜,在汽車制動(dòng)系統(tǒng)中起傳遞壓力的作用。作為制動(dòng)氣室的核心部件,它的性能好壞直接反映制動(dòng)氣室的使用壽命,皮膜是在高壓氣源下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)受力無(wú)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(guó)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(wàn)次以上。國(guó)外產(chǎn)品有達(dá)到使用100萬(wàn)次。我們應(yīng)自主開(kāi)發(fā)新結(jié)構(gòu)復(fù)合皮碗,努力趕上國(guó)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(guò)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(dòng)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(lái)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(dòng)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(duì)金屬配件的腐蝕,對(duì)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(duì)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(guò)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(kāi)發(fā)、模具加工精度上不斷提高,如45度分型面模具,無(wú)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(guó)際先進(jìn)水平。
結(jié)束語(yǔ)
隨著我國(guó)汽車工業(yè)跟進(jìn)一步發(fā)展,對(duì)汽車橡膠密封制品的要求越來(lái)越高。密封,是一個(gè)永恒的課題。汽車工業(yè)正面臨一個(gè)迅速變革時(shí)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(dòng)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(huì)責(zé)任。