一文看懂汽车密封条材料、设计、制造与性能

武汉环境检测:一文看懂汽车密封条材料、设计、制造与性能

2020-05-20 08:52:11热度:作者:来源:http://www.coach0outLet.com

一文看懂汽车密封条材料、设计、制造与性能

汽车用橡胶密封条的介绍

汽车密封条是汽车的重要零部件之一,广泛用于车门、车窗、车身、天窗、发动机箱和后备(行李)箱等部位,具有隔音、防尘、防渗水和减震的功能,保持和维护车内小环境,从而起着对车内乘员、机电装置和附属物品的重要保护作用。随着汽车工业的发展,密封条的美观、环保、舒适功能的重要性日益凸现。国外汽车业已将安装在汽车各部位的密封系统(称为汽车密封系统,Automo-bilesealing system)进行专门的研究和开发,其重要性正在日益受到人们的关注。

汽车用密封条的主要作用

防水、防尘、减震、隔音和密封。随着科技的发展和人们对环保意识的增强,人们对密封条要求已不仅是具有优良的密封性和环境隔音的功能,而且要有舒适性和装饰性,并且美观、安全、环保等。

汽车密封件的分类方法

1、密封条的分类

1)按密封件安装部位(部件)的名称分类包括:发动机盖密封条(hood),又可分为前部、侧围和后部;门框密封条(door seal);前、后风窗密封条(windowscreen);侧窗密封条(side windowsealing);天窗密封条(sunroof sealing);车门头道密封条(primary door seal);窗导槽密封条(glassrun channel);内外侧条(水切)(waistline);行李箱密封条(trunk seal);防噪声密封条(anti-noise);防尘条(anti-dust)等。

2)按密封特点分类,可分为天候密封条(weatherstrip)和一般密封条(sealing)。其中,天候密封条带有空心的海绵泡管,有较好的温湿度保持功能。常用天候密封条有门框密封条、行李箱密封条、发动机箱盖条等。常用一般密封条有前后风窗密封条和角窗密封条、内外侧条等。

3)按胶料复合结构分类,可分为纯胶密封条--由单一胶种构成;二复合密封条--由密实胶和发泡海绵胶构成,经常在密实胶内部在轴线方向包含金属骨架材料;三复合密封条--由两种密实胶(其中一种为浅色)和海绵胶构成,通常在密实胶内部包含金属骨架和增强纤维。四复合密封条--上海申雅密封件有限公司在国内率先开发和生产了由4种胶料构成的复合密封条,在绵胶(泡管)的表面又包覆了一层薄薄的保护层胶,从而进一步提高密封件的使用寿命。

4)按材料品种分类,可分为橡胶密封条;塑料密封条;热塑性弹性体密封条。

5)按表面处理状态分类,部分密封条表面经过附加处理,可分为植绒类密封条;表面涂层密封条;有织物贴饰密封条。

6)特殊功能分类,有些密封条具有电子智能功能,如防夹伤密封条等。

汽车密封件的材料种类

1、三元乙丙橡胶

三元乙丙橡胶(EPDM)系由乙烯、丙烯单体加入少量非共轭二烯烃聚合而成。其结构的特点是在聚合物分子主链上无不饱和双键,而在支链上引入了不饱和双键。因而具有优良的耐天候性、耐热性、耐臭氧、耐紫外线性以及良好的加工性能和低压缩永久变形,是生产密封条的首选材料。目前,汽车密封条材料绝大部分都是采用EPDM作为主要原料。

根据密封条各部位和功能的不同,在实际应用中,在EPDM材料中加入硫化、防护、补强、操作体系材料和特殊赋予材料(如着色剂、发泡剂),形成密实胶(包括黑色胶和彩色胶)和海绵胶。

2、聚氯乙烯

聚氯乙烯(PVC)是传统的通用塑料,通过改性其耐老化性能和橡胶感大为改善,但由于其弹性较差,在密封条上主要用作内外侧条和一些密封条的夹持部位材料。在卡车、农用车上PVC也常用作车身门框密封条,在轿车上常和EPDM组合用作浅色辅料。

3、 热塑性弹性体

热塑性弹性体材料(TPE/TPV)是近年来发展的材料,其结构特点是由塑料和橡胶两相组成,故在一定程度上兼有了塑料和橡胶的特点,在加工过程中无须硫化,容易实现精确断面的控制,同时材料在一定条件下可回用,对环境污染小,因此,很受整车和密封系统设计者的关注。但由于其弹性较差,压缩永久变形较大,同时在海绵体的制造方面技术尚不够成熟,且价格较高,故其用量受到很大限制。目前,主要部分用于车窗侧条和窗导槽的制造。随着TPE制造技术的提高和完善,其应用范围将进一步扩大。

橡胶密封条材料发展介绍

汽车用密封条主要以天然橡胶氯丁胶为首选橡胶,随着汽车工业的快速发展,这类密封条的外观质量和内在性能已不能满足汽车密封条的要求。特别是在耐候性和使用寿命等方面。

由于氯丁胶和天然橡胶在结构上与三元乙丙橡胶的差异,因此在耐热,耐光照,抗龟裂和耐臭氧性能方面出现很大的差异,从而在使用寿命上也大不同。三元乙丙橡胶的优异性能主要是由于三元乙丙橡胶是一种饱和橡胶,主链是有化学稳定性的饱和烃组成,只在侧链上有不饱和双键,分子嫩无极限取代基,分子间内聚能低,分子链在宽温度范围内保持柔顺性,这些结构的特点决定了其具有极高的化学稳定性,良好的耐臭氧老化,耐天侯老化,耐热老化和低温性能(EPDM在低温下仍然能保持较好的弹性和较小的压缩变形其极限使用温度可达-50℃)

近年来国际上汽车密封条应用技术发展相当迅速,EPDM已工业化有可控长链支化EPDM,可提供好的混炼加工和优良的挤出性能,而且有良好的物理机械性能,其它新型的热塑性弹性体在汽车密封条中已被不断的开发应用。

目前一些国家已使用不同类型的热塑性弹性体批量生产汽车用密封条。而且大有取代目前普遍使用的三元乙丙橡胶的趋势,这些材料较之三元乙丙橡胶的突出特点是不但具有弹性体材料固有的优良性能而且具有塑料的优良加工性能并可重复回收利用,同时解决了三元乙丙橡胶撕裂强度低的问题。

汽车密封条的设计开发

我国汽车密封条的设计开发起步较晚,主要是对已有车型配套,进行工艺开发和生产,无需进行产品开发设计。随着我国汽车工业的发展,要求密封条实现同步开发不仅是整车厂的强烈要求,也是密封条企业自身发展的最重要途径。密封条的设计开发可包括以下几个部分:

1.材料设计和工艺设计。采用DOE方法建立材料模型,根据密封条的产品需要设计材料配方并确定其他原辅材料和工艺。

2.概念设计。从车体的三维数据出发,根据车身的车门、窗的设计相互位置和间隙通过三维CAD系统(常用CATIA和UG软件)进行密封条的断面、几何形状和结构设计。

3.快速样件(prototype)验证。按设计断面和密封条的结构三维模型,通过激光快速成型和快速模型的方法制造弹性体的快速样件。这种快速样件具有类似橡胶的弹性,无须开制金属模具即可快速制造,并可在车体上进行装车匹配试验。根据装车匹配的效果,可对密封条的三维模型进行修正。

4.有限元分析(CAE)。通过CAE分析软件,分析设计密封条的结构和受力变形行为,通过计算机模拟密封条在装车过程中所受的应力和应变分析,验证或优化改进密封条的结构及材料设计。

近年来CAE分析的应用范围进一步扩大,利用相关软件进行挤出口模的流道设计和密封条的隔噪声性能的分析工作已经开始得到应用。

5.原始(原型)样件:根据设计的数模,制造手工样件并进行装车测试,根据实际需要调整工装或修改设计。

6.工装样件(OTS):使用批产工装制造样件,供测试和整车厂认可。

7.测试:除道路试验外,各种测试必须在向整车厂递交工装样件之前完成。

橡胶密封条的制造

橡胶密封条主要流程包括炼胶、挤出硫化和后加工三部分。

在炼胶过程中,通过计算机严格控制各种原料配方和温度、压力、时间等加工条件。制备粒状或带状的混炼胶。对PVC和TPE密封条一般可直接选购合适的粒子料直接供挤出加工。

橡胶密封条在实际生产中,一般都把挤出和硫化工序合在一起。在挤出硫化过程中,各种粒状或带状的混炼胶和骨架材料共同经挤出机口模复合挤出,并经高温硫化,在此过程中,口模的设计制造和硫化的方式、条件对产品的性能和质量起着关键的作用,若口模设计不合理会引起密封条在挤出时压力和断面的波动,流道死角会造成胶料焦烧以及通过不同流道材料结合不良等缺陷;运用计算机软件进行流动状态模拟和数字化口模技术,可提高口模质量并缩短口模设计和制造的周期。过硫和欠硫都会对产品质量带来不良的影响。在硫化工艺方面,盐浴硫化因易产生对环境的污染已很少被采用,现在绝大部分工厂都采用微波和热空气联合加热的方式,通过计算机控制生产线各点的温度、速度、压力,可保证理想的硫化条件和挤出质量。根据密封条安装部位的不同,有些密封条需要在表面进行植绒、喷涂及在密封条夹持部位添加不干胶,这些工序通过专门的装置均可在线完成。

对于PVC和TPE密封条无须经过硫化,其他工序和橡胶密封条的挤出相似。

后加工过程可分为切割加工、模压成型(接头、接角)和后处理三个主要工序。在切割加工工序中,需要将密封条加工至所需的形状和尺寸,为保证其良好的加工精度和互换性,使用多工位联合加工设备可取得比较满意的效果。在模压成型工序中。为保证精确的形状通常采用注射硫化成型的方法。近年来,越来越多的整车采取组合式密封条,将几种密封条多个断面复合在一起。后加工工序正在向组合化、模块化的方向发展。

后处理工序包括线外植绒和喷涂,安装固定密封条的销钉和双面胶带以及精整修边工作,对于一些高档轿车,在后处理时植入传感器,当应力达到一定值后发出信号,可控制车窗升降电机的工作,并具有防止夹伤的功能。对于大批量生产的产品,在后处理工序流水化生产线和机器人的应用是发展的趋势。

汽车密封条性能指标

密封条性能主要由与寿命相关的一些材料性能和与使用相关的功能性能组成。通常材料性能用教练性能表示,使用性能用成品性能表示。

1)胶料性能

由于密封条使用条件较苛刻,而材料性能决定了产品的使用寿命。特别是对气候的要求极为苛刻,为保证密封条在这些条件下正常工作,所以通常教练的规格性能有如下项目:

2)硬度,拉伸强度,拉断伸长率

这些材料的基本性能要求,通常对其有供货状态和热空气二组性能要求。根据使用状态,汽车的使用温度范围-40℃-70℃。热空气老化温度一般选择70℃。

3)压缩永久变形

这是由于密封条是利用其材料的高弹性与以车身为主的耦合件之间产生接触压力来实现对介质的密封条的。橡胶在压缩状态下回发生物理化学变化,当压缩消失后。这些变化阻止材料恢复到其原来的状态,于是就产生了压缩永久变形,因此压缩永久变形是衡量密封条材料性能的一项重要指标。

4)耐臭氧老化和耐空气老化

这是由于汽车的工作环境长期处于全天候状态(雨雪风霜日晒),因此要求密封条在各种环境下保持一定的性能要求以及必要的使用寿命,必须要求所有材料具有良好的耐老化性能。

5)耐油漆性

这是由于密封条直接安装在车体上,橡胶硫化后内部组分外迁接触了车漆而发生。与车体油漆板直接接触,油漆中的各组分在使用各种环境下游离出的物质会与密封条相互作用,加速老化,降低其性能,因此耐油漆性能也是密封条的重要常规性能。

6)高温性能

由于密封条使用温度范围在-40℃-70℃(机舱可能达到120℃)。三元乙丙橡胶品种(以丙烯含量分类),以及其硫化胶性能直接影响密封条低温弹性,为了在低温条件下仍保持较好的弹性,这项性能常作为常规性能。

成品性能

1、使用性能

根据使用功能和安装要求,人们提出了一系列成品常规性能项目。

  ①压缩负荷(挤压力)

  ②压缩永久变形

  ③耐气候老化

  ④涂层性能(耐磨性)

  ⑤植绒耐磨性和粘接性

  ⑥插拔力

  ⑦接角性能等

2、安装性能

  压缩负荷,门框条,行李箱条,头道,发动机盖条等,由泡管形密封条应有压缩负荷的要求。现以门框条为例,它要求关门时关门力较小,即压缩负荷越小越好。但又要求门关闭后密封条具有一定的弹性,以保持良好的密封,即压缩负荷越大越好,因此要解决这对矛盾,压缩负荷应有一个适当的范围值。取值依据经验通过CAD.CAE和有限一元分析法获得合适的范围值,减少关门力方面,一种方法,可以通过在密封条上钻适当数量的排气孔,关门时及时排掉泡管中空气,但排气孔的大小和数量不能影响密封条的挺型:另一种方法是在接触面部分涂一定厚度的涂层,以减少表面摩擦。涂层类型:PU和有机硅油类原为有机溶剂型现已改用水溶性(环保)。

  插拔力:对有夹紧部分结构的密封条,插入与拔出力的大小也是对较突出的矛盾,即希望装配容易,又希望使用牢固,即期望插入力小拔出力大。

3、密封条的技术条件和试验类型

  为确保密封条的功能和使用可靠性,密封条必须通过一系列试验,符合所需的各种技术要求。密封条技术要求和试验类型大致可分为4类:

  基本性能试验

  密封条的基本性能试验包括:

  1.材料试验:包括材料的各种机械性能,包括拉伸强度、扯断伸长、硬度、密度、脆性温度、耐水性、耐臭氧老化性、耐紫外线性能、耐热老化、污染性、腐蚀性等。

  2.成品试验:密封条的力学性能,如压缩永久变形、压缩负荷、插拔力、低温性能、耐光照老化、气味、颜色和色泽、植绒和表面涂层的磨耗和剥离试验、各部位间结合力等。

  对于汽车用橡胶密封条,我国汽车行业最新标准QC/T639-2004已由国家发展和改革委员会于2004年10月发布,并于2005年4月1日起实施。

  可靠性和功能试验

  可靠性和功能试验包括:车窗玻璃升降寿命试验,车门关门力(能量)试验和反复关门(盖)疲劳试验等,试验不仅在常温下进行,还要在环境箱中高低温交变条件下进行。

  噪声试验:密封条的静态隔声效果可通过测量装有密封条的整车对噪声的屏蔽来评价,申雅公司在近年建成的噪声试验室已投入试运行,测试结果显示不同型号轿车降噪水平差异比较明显,为密封条的设计改进提供了实验手段;动态测试由整车在风洞中进行。

  天候试验:在各种恶劣的天气条件下,观察密封条的耐久性能。

  装车试验

  密封条的装车试验首先是在标准的车模上进行匹配,通过空间三维测量来进行评价。然后在车身或小批生产车pre-pilot进行装车试验。当然也有直接在生产的车身上进行装车试验,但此时,由于车身和车门各部尺寸和装配位置的变差,往往需要多次匹配才能获得理想的效果。

  道路试验

  道路试验是对整车性能的试验,密封条作为汽车零部件要和整车一起完成对各种天候和道路跑车试验。合格的密封条在经历了这些试验之后仍应保持良好的性能。

  随着我国汽车工业的发展,汽车密封条设计、制造和标准化工作正在迅速发展。环保化、模块化、轻量化和智能化密封条将是未来发展方向;同步设计将是密封条企业面临的重要任务;在线质量控制和各种防错技术将进一步得到长足的发展;设计开发生产高质量和低成本的汽车密封系统是我国汽车密封条行业的宗旨和目标。