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了解如何运用汽车的密封技术

文章来源:人气:发表时间:2017-06-17 10:58:45

汽车用密封圈制品包括密封条、油封、O型圈、制动皮碗、制动皮膜和防尘罩等。现将以上密封制品简介如下:
1.1密封条
汽车橡胶密封条分为纯密封条(密实胶密封条和海绵胶密封条)和复合密封条(密实胶/海绵胶复合密封条、密实胶/金属复合密封条)两大类,其中一些密封条进行了单面或双面植绒及安装面涂覆涂料等表面处理。
汽车用橡胶密封条是我国目前发展最快的汽车用橡胶密封制品。早在2000年我国汽车用橡胶密封条需求达到14000万m,2005年增至30200万m,预计到2015年123000万m。
1.2密封条材料
1.主体材料
汽车用橡胶密封条的主体材料一般是三元乙丙橡胶(EPDM)。最近,采用新型催化体系的可控长支化链CLCB技术开发出新型CLCBEPDM特别适合汽车密封条,备受业界关注。CLCB技术的创新点是共同实践了三元乙丙的高支化度和窄相对分子质量分布。与传统的三元乙丙相比,CLCB技术三元乙丙的优点为:
1长支化链使炭黑的混入速度加快、分散更均匀,避免混炼或挤出过程中发生“炭黑焦烧”现象;
2赋予胶料良好的抗塌陷性能;
3虽然亚乙基冰片烯ENB含量中等,但硫化速度、强伸性能和压缩永久变形与ENB含量高的传统三元乙丙相当,耐老化性能较好;
4流动性能优异,挤出速度快;
5虽然相对分子质量分布窄、门尼粘度高,但抗焦烧性能好,加工性能优。
6热塑性三元乙丙有三元乙丙与PP共混制备的全动态硫化型热塑性弹性体。1998年德国戴姆勒-奔驰汽车公司生产的A系列轿车后侧角密封条指定美国AES公司热塑性三元乙丙。
热塑性三元乙丙制作橡胶条的优点有以下几点:
1不可混炼和硫化,直接挤出;
2可与硬质共挤出;
3可生产彩色密封条和高硬度密封条,接角光滑,无需表面喷涂装饰;
4边角料可以回收利用;
5不含卤素,比用PVC制造密封条环保;
2.低摩擦层材料
现在,为了减少摩擦,汽车密封条表面多用植绒处理,最新的动向是在热塑性三元乙丙汽车密封条表面覆盖一薄低摩擦层。该摩擦层是低摩擦热塑性材料与热塑性三元乙丙共挤出而粘附在密封条表面。
密封条生产工艺有两点:
1.挤出
汽车用橡胶密封条采用冷喂料挤出机挤出成型,挤出机头有单机头、复合机头和剪切接头。其中,微波硫化挤出机的螺杆长径比一般为16,剪切机头硫化挤出机的螺杆长径比大于20。
2.硫化
冷喂料挤出机挤出的橡胶密封条半成品采用连续硫化工艺硫化,硫化方式有微波硫化、剪切机头硫化、盐浴硫化和流化床硫化、热空气硫化和高速热空气硫化。高速热空气硫化由于传热速度慢、加热设备能耗高,近几年已被淘汰、
密封条设计和检测
这几年,我国橡胶密封条生产企业已能根据整车厂提供的三维车身数据,通过CAD、CAE和有限元分析设计及分析密封条机构和性能,自主开发和生产多种中、高档乘用车密封条,同时还能对现有密封条结构和配方优化,解决其自身的问题。
2.1油封
旋转轴唇形密封圈习惯称为油封、按结构,油封分为:内包骨架油封,包括B型无副唇和FB型有副唇油封;外露骨架油封,包括W型无副唇和FB型有副唇;装配式油封,包括Z型无副唇和FZ型有副唇。油封结构对其性能影响极大。20世纪70~80年代,我国通过对油封结构(断面形状和尺寸)的深入研究,研制出一系列与结构设计有关的检测装置(如油封径向力、唇口接触宽度、摩擦扭转、唇口温升及寿命等测试仪器或台架),奠定了油封结构设计的基础,基本确定了油封结构参数(腰部形状和尺寸、唇口与弹簧槽的匹配尺寸、过盈量、副唇形状和尺寸等)的设计原则。这些原则已应用于油封设计标准GB9877.1,GB9877.2和GB9877.3中。与内包骨架油封相比,外露骨架油封的安装同心度高,密封效果好,但模具的加工工艺和尺寸精度控制及产品磨削较困难。国外汽车油封基本为外露骨架油封,我国汽车油封主要为内露骨架油封。20世纪80年代初原化学工业部组织过外露骨架油封研制的大型攻关,对外露骨架油封的胶料配方和结构设计、胶料与骨架粘合、外露骨架防锈处理、弹簧和模具设计及加工、产品磨削工艺等进行了系统研究。
2.2油封材料
油封的主体材料主要根据油封密封介质、工作温度以及轴转速确定。德国DIN376l规定了各胶种油封适用的密封介质和工作温度以及轴径和转速,这些选材原则有很高的实用性,汽车油封目前主要采用NBR、丙烯酸酯橡胶(ACM)和氟橡胶(FKM)制造,如斯太尔汽车底盘共有13种油封,其中有3种NBR油封、4种ACM油封和6种FKM油封,这些油封中单向和双向回流油封各2种。
汽车传动油(如变速箱油)油封的短期允许使用最高温度为100℃,一般采用硫黄硫化、炭黑补强的NBR胶料制造,但该材质油封唇部易产生硬化甚至龟裂的现象,原因是油封使用时唇部最高温度可达到150℃,远超过NBR所耐极限温度。以过氧化物替代硫黄硫化体系、白炭黑替代炭黑制造的NBR变速箱油封工作时唇口温度较低、不易硬化或龟裂,使用寿命延长5倍左右,但其硫化速度慢、抗热撕裂性能较差。国外NBR汽车油封大多采用半有效硫黄硫化体系硫化。
2.3金属骨架油封和弹簧
油封骨架一般采用拉伸性能好、易成型的冷轧钢板经一次或二次冲型制成。我国油封骨架的质量尚可。
2.4金属骨架油封表面处理
除在胶料中加入减摩剂外,对油封唇口进行表面处理也是减小油封唇口摩擦因数的有效方法。在唇口表面粘贴PTFE薄膜是比较成熟的油封表面处理方法,在国外(特别是欧洲)应用较多,我国和日本称这种油封为AF油封。我国自20世纪80年代开始研制AF油封并很快
实现工业化生产。AF油封的生产(贴膜)工艺为:先将PTEF薄膜的粘合面用萘钠溶液处理或,其后涂上粘合剂并预成型,然后放入模具并装填胶料,硫化后即得AF油封。其中,PTEF薄膜粘合面多用萘钠溶液处理。油封表面的处理方法还有静电喷涂PTFE悬浮液一烧结法卤化法和磺化法、酸处理法等。
3.O型圈
普通的汽车密封圈主要采用NBR制造;耐高温、耐燃油O型圈,如燃料喷射装置O型圈主要采用FKM制造。随着汽车发动机罩下温度的不断提高,O型圈多用氟橡胶FKM制造。目前,对O型圈胶料性能的主要要求为流动性好、耐热性能优和压缩永久变形小。为克服FKM流动性差的缺点,20世纪70年代曾采用相对分子质量大(数均相对分子质量约20万)与相对分子质量小(数均相对分子质量约10万)的FKM并用制造O型圈,但并未从根本上解决胶料流动性差的问题。后来开发出低相对分子质量的FKM(数均相对分子质量约6万),使胶料的门尼粘度减小、流动性改善,但却导致了O型密封圈性能和耐热性能变差
4.动皮碗和皮膜
制动液不同,制动皮碗(刹车皮碗)所用的橡胶品种不同。早先的醇型制动液(精制蓖麻油/乙醇或丁醇)沸点低、低温流动性差、易产生气阻,制动皮碗适合采用NR制造。后来的石油基制动液(矿物油/助剂)沸点较高、粘度适中、低温流动性好、压力传递快、不腐蚀金属件,制动皮碗适合采用NBR制造。
现在我们广泛使用的非石油基合成制动液(如DOT3和DOT4)沸点偏高,制作皮碗适合采用耐高温的EPDM制造。桑塔纳轿车使用DOT3制动液,国产制动皮碗采用EPDM与少量EPM并用作主体材料,该制作皮碗物理性能和耐DOT3性能好,常温和交变温度下的耐久性能完全达到德国大众公司TL—Vw901标准。国外耐合成制动液的制动皮碗胶料主体材料为EPDM或EPDM/EPM体系,硫化体系为过氧化物/三羟甲基丙烷三(2一甲基丙烯酸酯)体系,补强剂为炭黑或炭黑/白炭黑体系,防老化剂不加增塑剂或用少量聚异丁烯或液体EPDM作增塑剂。用过后氧化物硫化的EPDM制动皮碗还可进行二段硫化,以及产品热老化后的硬度变化和压缩永久变形减小并消除硫化时过氧化物产生的异味唇口切割是实现制动皮碗无飞边的重要措施,对于保证龇动皮碗的配合过盈精度、大大提高了使用性能和延长使用寿命极为重要。
5..1防尘罩
汽车防尘罩包括万向节防尘罩和齿条拉杆防尘罩等。1985年以前,美国汽车防尘罩均用CR制造。之后,逐渐采用TPV制造。现在,欧洲95%的汽车防尘罩采用TPV制造。国内一直采用CR生产汽车防尘罩,过去用的平板模压硫化,现在还用于注压硫化。由于防尘罩要求耐热、耐寒、耐油、耐动态疲劳、耐臭氧老化及拉伸性能好,因此所用CR一般为进口耐寒和耐热型CR。国内汽车用橡胶密封制品生产企业必须加大产品开发力度,改进生产技术,为了提高装备水平,不断提升产品质量和档次,才能满足汽车工业发展的需要,从而在竞争中立于不败之地。

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