汽车用橡胶密封条概论

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随着汽车工业发展速度不断加快,汽车用橡胶密封条技术与市场日受关注,各种新材料、新技术正在代替许多传统的塑胶材料,推动市场进一步发展。 随着中国汽车工业的飞速发展,汽车门窗用橡胶密封条成为市场关注的热点。汽车用密封条主要起密封、减震和装饰作用。具体而言,汽车密封件可以有效防止外部风雨、尘土等有害物质侵入车内,减小汽车在行驶中门、窗等部位产生的震动以保持车内的乘坐舒适性和清洁性,并使被密封部位或装置的工作环境得到改善,工作寿命得以延长TPV挤出发泡。


热塑性弹性体的不断开发,在汽车密封条领域为传统橡胶带来冲击根据目前中国汽车年产量估计,2005年中国汽车密封条的需求量将超过1.5亿米,2010年超过2.5亿米。中国加入WTO,国内汽车零部件工业已经受到冲击,国外先进厂商开始在中国市场建设本土配套工厂,对密封件行业也提出了新的挑战。汽车工业对汽车密封条尤其是轿车密封条的性能要求越来越高,TPV挤出发泡不仅需要具有优良的密封性与环境隔离功能,而且要有舒适性和美观、安全、环保性能要求。

 
橡胶密封条类型
汽车门窗橡胶密封条按断面形状可分为实芯制品(圆形、方形、扁平形断面形状)、中空制品及金属橡胶复合制品等类型。其中,金属橡胶复合密封条占60%以上。对于橡胶密封条来说断面设计至关重要。TPV挤出发泡首先是密封唇边形状、尺寸设计,两侧密封唇边应以相同的、大小适当的力从车窗玻璃的两侧接触玻璃。唇边长度、薄厚应适当,过厚、过长会使玻璃升降阻力偏大,过薄、过短又会导致玻璃得不到良好的引导和密封,产生振动、噪音、漏雨现象;其次是断面底部形状、尺寸设计,车窗钢槽断面上有凸起,其作用是为了装配导槽,因此,导槽断面底部应设计出相应结构,既易于装入,又能利用密封条自身的弹性附着在钢导槽内,防止其脱出;最后是外搭边的形状、尺寸,为了改善外观,导槽外饰面应与车身紧密贴合。

按硫化方法又可分为:
(1)非连续硫化法(将挤出胶条按一定长度裁断后,放入硫化罐硫化,将挤出成型的胶条半成品放入模型中硫化);
(2)连续硫化法(微波连续硫化法、盐浴连续硫化法、热空气连续硫化法等几种方法)。A. 微波连续硫化复合密封条:微波硫化技术是20世纪70年代国外能源危机之后应用并得到广泛推广的生产技术。TPV挤出发泡采用微波连续硫化技术不仅可以生产由金属芯、实芯胶与海绵胶多种材料复合胶条,而且,在节能、提高工作效率等方面较其他连续硫化法装置优越。此技术被世界公认为生产挤出制品最好的工艺方法。微波加热的特点是热直接在被加热物体内产生,而不是像常规那样从外部输入,这样不仅生热快,而且分布均匀,有利于提高产品质量和大大缩短加热所用的时间。B.盐浴连续硫化密封条:盐浴硫化采用含亚硝酸盐的盐浴体系,对环境污染较大,已逐渐被淘汰。C. 热空气硫化密封条:热空气硫化目前已发展到强风型硫化,即采用高温、高速热空气硫化(Tmax:450°C和Vmax:60m/s)也可达到火焰预处理的作用,而安全性大大提高。
按在汽车上使用的部位和用途可分为:(1)车窗玻璃密封条;(2)车门密封条;(3)装饰条、嵌条;(4)TPV挤出发泡其他密封条(行李箱盖密封条、发动机罩密封条、水箱密封条、应急门密封条等)。

橡胶密封条材料
汽车密封条的橡胶材料有密实胶、海绵胶和硬质橡胶三种。硬质橡胶的硬度可达邵氏A95。密封条的胶料较多使用耐老化、耐低温、耐水气、耐化学腐蚀,特别是耐臭氧老化的三元乙丙橡胶(EPDM)。EPDM可以与钢带、钢丝编织带、TPE、绒布、植绒、PU涂层、有机硅涂层等复合,TPV挤出发泡保证汽车室内与外界及自身的防水、防尘、隔音、隔热、减振、防磨和装饰作用。一般情况下EPDM密封条可稳定使用十几年。也可选择具有良好耐臭氧性能及良好耐老化性能的氯丁橡胶(CR)。考虑到常用胶料的工艺性能,有时还需要选用并用橡胶,如天然橡胶(NR)与CR及丁苯橡胶(SBR)三种橡胶并用或聚乙烯(PE)、EPDM及NR橡塑并用型以改进耐臭氧性。

近年来,随着热塑性弹性体(TPE)技术的不断发展和成熟,应用领域不断扩展。在制造密封条的原材料中,以往采用的主要原材料三元乙丙橡胶也在不断更新和发展。具有优良的物理性能,又有良好加工性能的新型EPDM可控制分子中长链支化,使其硫化性能更好,并可提高挤出速度和产品的产量。新型的热塑性弹性体如TPO和TPV等材料在汽车密封条中应用也越来越多。这些材料既具有弹性体的优良工程性能,又具有塑料的优良特性,既方便加工,又可回收重复利用,这些材料正在逐步取代EPDM制品TPV挤出发泡。

常用的车门密封条由共挤出的实心载体与管状海绵密封条组成,海绵部分受到车体门框的压缩后提供密封功能。这是传统的密封形式,已经使用多年,一般情况下密封性能令人满意。但在某些情况下,这种传统结构可能难以达到充足的密封功能,例如在车速很高时,外部空气压力可能会超过海绵体提供的最大密封力,从而引起密封失效。为了解决这一问题,有公司设计了一种新型密封型材,将磁性橡胶引入海绵体中。实现的方法是在海绵体上挤出一层磁性涂层或加入磁性嵌条,TPV挤出发泡与车体金属框架直接发挥作用,从而增加海绵体的密封功能。

对于辅助材料,主要是炭黑、骨架材料、补强剂、增塑剂和硫化剂等也在不断开发新产品,应用于汽车密封条的生产中。TPV挤出发泡橡胶助剂也正朝着高效、节能、低污染性和低毒性的方向发展。
汽车密封条行业正日益发展成为汽车工业中的一大重要组成部分。随着中国汽车工业的不断发展,汽车橡胶密封条行业也必须不断创新,积极应用新材料、新工艺、新装备,不断开发新的橡胶密封条产品以满足不同用户的需求。

轿车车身有一个很重要的密封件,TPV挤出发泡就是用合成橡胶制成的密封条,又称为防护性成型镶条。主要应用在车门门框、侧面车窗、前后档风玻璃、发动机盖和行李箱盖上,起到密封的作用,另外也起到减振保护的作用。

密封条的制作材料主要是聚氯乙烯(PVC)、乙丙烯橡胶(EPDM)、合成橡胶改性聚丙烯(PP-EPDM)等,通过挤压成型或者注射成型等方法制成。车厢车门的密封条主要指门框的密封条和车门头道密封条。TPV挤出发泡门框密封条顾名思义就是镶嵌在门框上的密封条。门框密封条不但要保证密封性,还要承受关门时的冲击力,因此它既要有弹性,也要有韧性,主要由密实胶基体和海绵胶泡管两部分组成。密实胶内含有金属骨架,起到加强胶条的定型和固定作用。海绵胶泡管柔软并富有弹性,TPV挤出发泡起着受压变形,卸压反弹的功能。此外,有一些密封条的唇边部分由彩色胶构成或者贴有织物,色调美观有装饰作用。
车门头道密封条的结构有两种,一种为全海绵胶泡管,另一种由密实胶基体和海绵胶组成。这种密封胶粘贴或镶嵌在车门上,与门框密封条配合,以增加车门与车体的密封作用。车门头道密封条并不是每种轿车都采用,例如一些经济型轿车就没有,这主要是从节省成本方面考虑。

发动机盖的密封条由纯海绵胶泡管或TPV挤出发泡海绵胶泡管与密实胶复合构成,用于发动机盖同车身前部的密封。行李箱盖或者后背门的密封条由含骨架的密实胶基体和海绵胶泡管组成,能够承受一定的冲击力,保证后盖关闭时的密封。

车窗密封条分有前后档风玻璃密封条、车窗玻璃导槽密封条和车窗内外侧条。前后档风玻璃密封条由纯胶型条围接而成,它具有弹性也有相当的硬度,在档风玻璃与车体之间起到垫托、固定与密封作用。车窗玻璃导槽密封条由不同硬度的密实胶组成,镶嵌入车身保证尺寸配合的精确性,达到密封防渗漏、隔音的作用。密封条的唇边还粘贴有植绒面,当玻璃上下移动时可以降低玻璃与胶条之间的滑动摩擦,而且还可以降低噪声。这种密封条形式也用于天窗密封条。车窗内外侧条由纯胶型条或纯胶型条与塑料件复合构成,它带有植绒面,除了降低与玻璃的摩擦外,还起到装饰作用。

由于车门、车盖及车窗的几何形状比较复杂,TPV挤出发泡在转角的地方常常要采用形状比较特殊的密封条。因此,车用密封条又有接角接头型和可变截面型等特殊密封条,常规密封条与特殊密封条通过模压加工两端相接或单端加接,可以满足整体密封条在转角部位及特殊形状部位的安装需要。

过去的密封条生产采用人工压模成型,工艺简陋落后,形状单一,多是 H 形。现在的密封条生产采用计算机控制下的挤压成型或者注射模压技术,包括复合挤出、可变口径挤出、微波硫化、表面喷涂等技术。例如,在计算机的控制下,可变口径挤出技术在密封条挤出过程中可以改变截面的大小和形状,形状多样,一气呵成。这样,密封条就能紧贴车身,密封效果好。

橡胶密封件要有良好的机械强度、TPV挤出发泡弹性和耐油耐水不变形的特性,是保证发动机、底盘及其它部分不渗油不渗水的关键。现在一些质量好的橡胶密封件通过交联(硫化)产生持久的“橡胶弹性”,根据不同的品种具有从-50℃到180℃的使用温度範围,以适应不同的安装部位。
多年来,中国橡胶密封制品的生产始终和汽车工业保持着同步发展,但是近年来中国汽车工业进入了高速发展阶段,TPV挤出发泡橡胶密封制品行业已呈现相对滞後的状态。国外橡胶油封制品的使用寿命已在15万公里以上,使用温度达到150-200℃。而国产油封制品在120℃的工作温度时使用寿命仅为5-8万公里,而且,漏油率是国外的3-5倍。另外,国外的橡胶密封条均已采用三元乙丙橡胶制造,使用寿命也在15万公里以上。而国产密 封条的三元乙丙橡胶化尚未完全普及,一些用氯丁-天然橡胶制成的密封条使用寿命仅为3-5万公里。
国外已开发出智能化的橡胶制品。中国密封条企业应及时关注世界高分子智能材料和智能化橡胶制品的发展趋势,开发具有知识产权的智能化橡胶密封条,增强企业的竞争能力。

汽车密封用橡胶材料
目前汽车制造业中橡胶密封制品TPV挤出发泡采用的材料主要以氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁橡胶、三元乙丙橡胶、氯醇橡胶和氢化丁橡胶为主。

硅橡胶
汽车发动机硅橡胶密封制品的使用寿命可满足10年以上及15万公里的苛刻要求。近年来,无需二次硫化的硅橡胶新品种已研制成功。用纳米稀土元素氧化物配制的耐高温硅橡胶应用研究获得突破,使硅橡胶耐热温度提高了50℃,并改善了硅橡胶的粘接性和机械强度。

硅橡胶应用於密封制品的领域相当广泛,主要制品有汽车发动机曲轴後密封圈、燃油泵密封件、空调压缩机密封件、TPV挤出发泡电位器绝缘衬套和灌封材料等。据2003年3月消息,道康宁公司开发的一系列高性能热塑性弹性体有可能在汽车应用发动机舱密封件、垫片和胶管中取代热硫化型橡胶,如丁月青橡胶和氢化丁月青橡胶。这种硅橡胶基材料,名为TPSiV,依据品级和产品,价格在10-15美元/千克。这种材料是在工程热塑性塑料相中分散有完全硫化的硅橡胶粒子。连续的ETP相可为聚?胺或一种未披露的专有技术材料。这种新的TPE兼具硅橡胶的良好高低温性能与ETP典型的热熔加工性能和耐化学性能,可熔融反复加工,材料总耗量降低,并可回收再用。它们不会取代苯乙烯类TPE和DPDM/PP类TPV,而是用於这两类材料不能满足性能要求的场合TPV挤出发泡。并且,TPSiV可以取代高性能的有机热硫化性橡胶。

氟橡胶
氟橡胶具有优异的耐高温、耐各种苛刻腐蚀性介质的性能,广泛用於橡胶密封制品中。目前,全世界氟橡胶年产量达1万吨左右,其中70%用於橡胶密封制品,主要用於汽车产品上。目前各种特殊性能的氟橡胶不断开发成功,有含氟量达30-40%的磷氟橡胶,有耐低温达-66℃的氟橡胶,有耐硫化氢性能极佳的氟醚橡胶TPV挤出发泡,还有能大大提高制品生产率、不用二次硫化的氟橡胶等。氟橡胶密封制品主要应用於油封、O形圈、密封垫片、燃油泵密封件等。由於氟橡胶的机械强度和抗撕裂性能不够理想,工艺性能不易掌握,影响了氟橡胶在更广泛领域中的推广应用。

国内氟橡胶品种不多,产量也不大。虽然部分品种已达到国外同类产品的水平,但由於中国的基础研究水平和整体工业水平偏低TPV挤出发泡,材料价格偏高,模压工艺中缩边和粘模现象常有发生,氟橡胶在国内的应用普及程度与世界先进国家相比存在?较大差距。

三元乙丙橡胶EPDM
近年来,三元乙丙橡胶的用量大量增加。该胶种具有许多优异的性能和较低的价格,应用领域十分广泛。在汽车制造业中的应用量极大,其中汽车门窗密封条从二十世纪八十年{BANNED}始采用三元乙丙橡胶以来,已成为该胶料用量增大的主要原因之一。目前每台轿车中,三元乙丙密封条用量已达10-15米,生胶耗量约为4千克。日前中国三元乙丙橡胶的年耗量为80万吨,而且每年还以5%的增长率递增TPV挤出发泡,但是汽车门窗密封条用的ENB型快速硫化三元乙丙橡胶多数还是依靠进口。

三元乙丙橡胶与其它胶种能很好地并用,各胶种的不同性能可取长补短而得到改善,而且还能改善工艺性能和降低成本。由於各种配合剂对不同高聚物的亲合能力各异,共硫化性又取决於各高聚物的交联效率,不同高聚物并用共混不可能达分子级兼容,而是分相存在不均匀体系。配合剂的相间分配不均,TPV挤出发泡对并用胶的性能有重大影响和改善。由於三元乙丙橡胶的这个性能,拓宽了它在橡胶密封制品上的应用。
丙烯酸酯橡胶

丙烯酸酯的耐热、耐油性仅次於氟橡胶,耐热温度可达150-180℃,短时间可达200℃,有耐臭氧、抗曲折、透气性好、压缩永久变形小等优点,但其耐高温水蒸汽能力差,耐寒性差,热炼时易粘辊。它的一个特性是:在室温下弹性较差,但随着温度升高弹性会增大。利用这一特性,可制作耐热密封材料。TPV挤出发泡近几年来,新型的丙烯酸酯橡胶不仅提高了耐寒性,而且工艺性有了较大提高,成为各种密封制品的理想材料。丙烯酸酯橡胶单在汽车工业方面年需求量就达5000吨。

热塑性弹性体(TPE)
在密封制品行业中,热塑性弹性体主要应用於汽车密封条和建筑密封条。TPE在汽车密封条中的应用,主要是代替性能落後的PVC材料。在国外,汽车玻璃导槽密封条、三角窗密封条、EDPM密封条的接角和水切条的齿状夹持部位,已大多采用了TPE材料。用TPE制作的汽车密封条主要利用其不粘腻、耐撕裂、表面外观好、无释出喷霜和耐磨损的优点,其密度小於EDPM,这一点特别适合於目前汽车工业提出的轻型化发展要求。因此,在高档轿车密封条中,TPE材料已普遍获得应用。TPV挤出发泡由於TPE材料有良好的抗老化和耐臭氧性能,在建筑业中主要用於窗框垫的生产。不过,因为TPE材料价格偏高,现有的密封条生产设备大多只适合生产EPDM和PVC材料,而更新设备需要有较大的投入,所以TPE材料的推广普及还需要一段时间。

汽车橡胶密封条的绿色化发展趋势
目前用於汽车橡胶密封条的大部分原材料仍可作绿色汽车橡胶密封条的原材料,如三元乙丙橡胶等。由於该材料具有较高的硫化速度、很好的挤出工艺性能、优异的耐臭氧、耐气候老化性能和较成熟的加工工艺,因此,在今後较长时间内仍是绿色汽车橡胶密封条生产的首选橡胶。挤出工艺性能好,填充量大的快压出、半补强和通用级炭黑是三元乙丙橡胶常用的补强剂,也符合作为绿色汽车橡胶密封条生产的添加剂。发泡剂也应选用闭口型、孔径细小和发孔均匀的产品。为减少绿色汽车橡胶密封条在生产过程中的污染及粉尘飞扬,目前主要采用母胶型颗粒状的硫化剂及促进剂等作添加剂。有毒性或在生产过程中产生致癌物质的原材料禁止用作绿色汽车橡胶密封条的生产原料TPV挤出发泡,一些对环境有污染和对人体有害的材料应选择替代品。

绿色汽车橡胶密封条是一种新型和环保型的产品,由於性能好,市场前景很好。目前美国等工业发达国家的密封条生产企业已开发出彩色密封条,中国企业也应着手进行彩色密封条的研制开发,以满足不同用户的需求。