汽車密封系統(tǒng)技術(shù)概述

謝天男

（華晨汽車工程研究院閉合件工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

汽車密封系統(tǒng)技術(shù)概述

謝天男

（華晨汽車工程研究院閉合件工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

簡(jiǎn)介了汽車密封條所用原材料及產(chǎn)品種類、結(jié)構(gòu)和性能。按安裝部位，汽車橡膠密封條分為門(mén)外密封條（頭道密封條）、門(mén)框密封條、行李箱密封條、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋密封條、導(dǎo)槽密封條、內(nèi)外水切、頂飾條和三角窗密封條等類型。其彈性體多由EPDM密實(shí)膠和海綿組成，骨架有鋼帶、鋼絲編織帶和鋁帶幾種類型。不同結(jié)構(gòu)的密封條安裝固定形式不同。汽車密封系統(tǒng)主要性能包括材料的耐臭氧老化、耐大氣老化、耐低溫等性能及成品擠壓力、插入力、拔出力、植絨面耐磨性能。

華晨；汽車；密封系統(tǒng)

CLC NO.: U465 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2015)02-149-03

前言

隨著中國(guó)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車用密封條成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。汽車用密封條主要起防風(fēng)防雨、減震降噪和裝飾作用。具體而言，汽車密封件可以有效防止外部風(fēng)雨、塵土等有害物質(zhì)侵入車內(nèi)，減小汽車在行駛中門(mén)、窗等部位產(chǎn)生的震動(dòng)以保持車內(nèi)的乘坐舒適性和清潔性，并使被密封部位或裝置的工作環(huán)境得到改善，工作壽命得以延長(zhǎng)。汽車工業(yè)對(duì)密封條尤其是轎車密封條的性能要求越來(lái)越高，不僅需要具有優(yōu)良的密封性與環(huán)境隔離功能，而且要有舒適性和美觀、安全、環(huán)保等要求。近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和裝備，我國(guó)汽車橡膠制品的生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大提高。其中，汽車橡膠密封條除在產(chǎn)量上能基本滿足國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)需求外，還有部分產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。熱塑性彈性體的不斷開(kāi)發(fā)，在汽車密封條領(lǐng)域?yàn)閭鹘y(tǒng)橡膠帶來(lái)沖擊。

1、材料

汽車密封條的橡膠材料有密實(shí)膠、海綿膠和硬質(zhì)橡膠三種。硬質(zhì)橡膠的硬度可達(dá)邵氏A95。密封條的膠料較多使用耐老化、耐低溫、耐水氣、耐化學(xué)腐蝕，特別是耐臭氧老化的三元乙丙橡膠（EPDM）。EPDM可以與鋼帶、鋼絲編織帶、TPE、絨布、植絨、PU涂層、有機(jī)硅涂層等復(fù)合，保證汽車室內(nèi)與外界及自身的防水、防塵、隔音、隔熱、減振、防磨和裝飾作用。一般情況下EPDM密封條可穩(wěn)定使用十幾年。也可選擇具有良好耐臭氧性能及良好耐老化性能的氯丁橡膠（CR）?？紤]到常用膠料的工藝性能，有時(shí)還需要選用并用橡膠，如天然橡膠（NR）與CR及丁苯橡膠（SBR）三種橡膠并用或聚乙烯（PE）、EPDM及NR橡塑并用型以改進(jìn)耐臭氧性。

三元乙丙橡膠(EPDM)

近年來(lái)，三元乙丙橡膠的用量大量增加。該膠種具有許多優(yōu)異的性能和較低的價(jià)格，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用量極大，其中汽車門(mén)窗密封條從二十世紀(jì)八十年BANNED始采用三元乙丙橡膠以來(lái)，已成為該膠料用量增大的主要原因之一。目前每臺(tái)轎車中，三元乙丙密封條用量已達(dá)10-15米，生膠耗量約為4千克。日前中國(guó)三元乙丙橡膠的年耗量為80萬(wàn)噸，而且每年還以5%的增長(zhǎng)率遞增，但是汽車門(mén)窗密封條用的ENB型快速硫化三元乙丙橡膠多數(shù)還是依靠進(jìn)口。

三元乙丙橡膠與其它膠種能很好地并用，各膠種的不同性能可取長(zhǎng)補(bǔ)短而得到改善，而且還能改善工藝性能和降低成本。由于各種配合劑對(duì)不同高聚物的親合能力各異，共硫化性又取決于各高聚物的交聯(lián)效率，不同高聚物并用共混不可能達(dá)到分子級(jí)兼容，而是分相存在不均勻體系。配合劑的相間分配不均，對(duì)并用膠的性能有重大影響和改善。由于三元乙丙橡膠的這個(gè)性能，拓寬了它在橡膠密封制品上的應(yīng)用。

熱塑性彈性體（TPE）

在密封制品行業(yè)中，熱塑性彈性體主要應(yīng)用于汽車密封條和建筑密封條。TPE在汽車密封條中的應(yīng)用，主要是代替性能落後的PVC材料。近年來(lái)，隨著熱塑性彈性體（TPE）技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。在制造密封條的原材料中，以往采用的主要原材料三元乙丙橡膠也在不斷更新和發(fā)展。具有優(yōu)良的物理性能，又有良好加工性能的新型EPDM可控制分子中長(zhǎng)鏈支化，使其硫化性能更好，并可提高擠出速度和產(chǎn)品的產(chǎn)量。新型的熱塑性彈性體如TPO和TPV等材料在汽車密封條中應(yīng)用也越來(lái)越多。這些材料既具有彈性體的優(yōu)良工程性能，又具有塑料的優(yōu)良特性，既方便加工，又可回收重復(fù)利用，這些材料正在逐步取代EPDM制品。

在國(guó)外，汽車玻璃導(dǎo)槽密封條、三角窗密封條、EDPM密封條的接角和水切條的齒狀?yuàn)A持部位，已大多采用了TPE材料。用TPE制作的汽車密封條主要利用其不粘膩、耐撕裂、表面外觀好、無(wú)釋出噴霜和耐磨損的優(yōu)點(diǎn)，其密度小于EDPM，這一點(diǎn)特別適合于目前汽車工業(yè)提出的輕型化發(fā)展要求。因此，在高檔轎車密封條中，TPE材料已普遍獲得應(yīng)用。由于TPE材料有良好的抗老化和耐臭氧性能，在建筑業(yè)中主要用于窗框墊的生產(chǎn)。不過(guò)，因?yàn)門(mén)PE材料價(jià)格偏高，現(xiàn)有的密封條生產(chǎn)設(shè)備大多只適合生產(chǎn)EPDM和PVC材料，而更新設(shè)備需要有較大的投入，所以TPE材料的推廣普及還需要一段時(shí)間。

2、分類

橡膠密封條主要用于汽車的門(mén)、窗、倉(cāng)蓋等需要密封的間隙部位，除起密封作用，即防止外部風(fēng)沙、雨水、塵土等有害物質(zhì)浸入車內(nèi)外，還起減震、隔音、裝飾作用，以提高汽車部件的工作壽命和汽車的乘坐舒適性。

按結(jié)構(gòu)，橡膠密封條可分為純膠、密實(shí)膠一海綿雙復(fù)合、密實(shí)膠一海綿一骨架材料三復(fù)合及多復(fù)合幾種類型。按使用部位，橡膠密封條可分為門(mén)框密封條、行李箱密封條、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋密封條、導(dǎo)槽密封條、內(nèi)外側(cè)密封條、頭道密封條、風(fēng)窗密封條等類型

橡膠密封條在車體中的安裝固定形式有：①夾緊部位固定：由密封條夾緊部位夾持在車體安裝部位固定，夾緊部位可以帶骨架，也可以不帶骨架。② 嵌入式固定：由密封條鉤齒嵌入車體固定。③ 泡釘固定：安裝在車身且設(shè)有釘孔的密封條適合采用這種方式固定。具體的安裝固定過(guò)程為：在密封條上鉆釘孔并裝上泡釘，將泡釘插入車身釘孔并固定。④膠粘劑或膠粘帶固定：在密封條與車體結(jié)合部位涂刷膠粘劑或貼雙面膠帶，然后直接或扯去膠帶隔離紙后將密封條固定在車身指定部位。

3、性能

3.1 材料性能

3.1.1 基本性能

汽車橡膠密封條的基本性能包括硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率和壓縮永久變形等。通常，密封條生產(chǎn)企業(yè)要提供這些性能的供貨狀態(tài)數(shù)據(jù)和熱空氣老化后數(shù)據(jù)。根據(jù)使用狀態(tài)，熱空氣老化試驗(yàn)溫度一般選擇70℃ 。表2示出了一些國(guó)外公司對(duì)轎車密封條供貨狀態(tài)的膠料拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率和脆性溫度的性能要求。

3.1.2 耐臭氧老化和耐大氣老化性能

汽車長(zhǎng)期處于全天候狀態(tài)，因此要求密封條具有良好的耐臭氧老化和耐大氣老化性能。

3.1.3 耐腐蝕性能

密封條直接安裝在車體上，與車體油漆板直接接觸，油漆中游離出來(lái)的物質(zhì)會(huì)與密封條相互作用，加速密封條老化，故耐油漆性能是密封條膠料的常規(guī)性能。

3.2 成品性能

3.2.1 擠壓力

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)門(mén)框密封條、行李箱密封條和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋密封條等泡管型密封條的擠壓力要求較高。如車門(mén)關(guān)閉時(shí)，要求門(mén)框密封條的擠壓力(關(guān)門(mén)力)越小越好，而車門(mén)關(guān)閉后，又要求門(mén)框密封條的擠壓力越大越好，以保證車門(mén)良好的密封性。因此，為平衡這兩個(gè)方面的要求，密封條的擠壓力應(yīng)設(shè)計(jì)適當(dāng)。目前，密封條的擠壓力可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)和有限元分析法確定。

減小關(guān)門(mén)力的方法有：①在密封條上設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量的排氣孔，以在關(guān)門(mén)時(shí)排出泡管中的空氣。②在門(mén)框密封條與車門(mén)安裝接觸面涂覆一定厚度的涂層，以減少密封條與車門(mén)接觸面的摩擦。目前，這種涂層一般為PU 和硅油類涂覆材料。

3.2.2 插入力和拔出力

插入力和拔出力分別是裝車狀態(tài)下密封條壓人和拉出車殼固定部位所需的力，它們分別影響密封條的使用狀態(tài)和裝配工藝。對(duì)拔出力起主要作用的密封條夾緊部位由具有一定夾緊力的硬度較高的密實(shí)膠或密實(shí)膠與骨架材料(經(jīng)彎曲)構(gòu)成，且內(nèi)側(cè)設(shè)有防止滑脫的倒齒。拔出力的大小由夾緊力和倒齒結(jié)構(gòu)決定。

4、結(jié)論

近年來(lái)，我國(guó)汽車橡膠密封條在研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用方面已有很大發(fā)展，但與汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，特別是在新材料的研制和應(yīng)用、密封條的設(shè)計(jì)制造能力和外觀質(zhì)量等方面還存在很大不足。今后，我們應(yīng)注重對(duì)各類汽車橡膠密封條產(chǎn)品資料的收集和分析，盡快建立和健全密封條產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫(kù)，為自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)各類密封條奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)，應(yīng)逐漸擺脫目前依靠整車制造企業(yè)來(lái)圖加工、產(chǎn)品配套滯后的局面，實(shí)現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

[1] 陳海燕.汽車橡膠密封條技術(shù)概述.橡膠工業(yè)，2003.

[2] 包林康.我國(guó)汽車橡膠密封條生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).中國(guó)橡膠，2005.

由圖可知沖擊器加速的的仿真結(jié)果要比實(shí)驗(yàn)值稍大一些。可能是由于在實(shí)際試驗(yàn)中沖擊器與氣囊的接觸過(guò)程中氣體由氣袋編織布的小孔中泄露的原因，而在本仿真模型中氣袋的氣體滲透則未加考慮，而沖擊器的速度曲線與實(shí)驗(yàn)值非常接近接近。由于碰撞過(guò)程中物體的速度和加速度信號(hào)是對(duì)碰撞接觸過(guò)程的直接反映，并且此仿真模型的仿真結(jié)果曲線的走勢(shì)和數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在誤差在允許范圍之內(nèi)，該氣囊的仿真模型可以作為研究駕駛員正面碰撞約束系統(tǒng)模型的基本模型進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析。

4、結(jié)論

由上可知，合理的MADYMO模型真實(shí)的仿真了安全氣囊的工作過(guò)程，運(yùn)用本文做提出的實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及仿真方法，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果比較，仿真模型的真實(shí)性和可靠性得到了驗(yàn)證，通過(guò)檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真理論以及氣囊模型的有效和可靠性，可以有效的對(duì)氣囊的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而根據(jù)仿真結(jié)果指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)工作。利用MADYMO軟件仿真是安全氣囊系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的重要方法，可以減少試驗(yàn)次數(shù)，降低制造成本，大大縮短研發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

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Introduction Of Automobile Sealing System Technical

Xie Tiannan
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

Introduce the material, variety and performance of automobile sealing system. there is outer door seals, door seals, trunk seals, engine seals, glass run seals, out channel, inner waist, roof moulding, and fix window seals according to installation of automobile sealing system. The elastomer is composed of EPDM and sponge, the metallic framework contains steel belt, steel wire braided belt and aluminium strip. The installation is different from different structure. The major performance includes resistance to ozone aging, resistance to atmospheric aging, performa- nce of resistance to low temperature and extrusion pressure, insertion force, flocking wear-resist performance of product.

Brilliance; Automobile; Sealing system

U465

B

1671-7988(2015)02-149-03

謝天男，就職于華晨汽車工程研究院閉合件工程室。