汽車燈具所使用密封方式的應用與設計

摘 要：本文闡述了汽車燈具的兩種密封方式（車燈自身密封、車體密封），兩種方式各自的優(yōu)缺點，選擇不同方式的注意事項及簡要設計方法。

關鍵詞：汽車燈具 密封方式 應用 設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0008-02

目前市場上對于車燈的投訴中，漏水、起霧占了很大的比例。其主要原因是點燈與環(huán)境溫度的變化會造成燈內(nèi)外的氣壓差，水或者水汽就會從車燈上的縫隙進入到燈內(nèi)。本文中對密封方式的選擇進行了介紹，并對相應密封材料的使用和設計提供了一些方法和思路。

1 車燈的主要密封方式

主要方式有兩種，一種是車燈自身密封（Lamp Seal）。另一種是車體密封（Body Seal）。車燈密封是車燈依賴車體，自身具備獨立的防水能力。車體密封是車燈需要與車體相配合達到防水效果，自身不具備獨立的防水能力。

2 車燈密封的選擇及應用

2.1 車燈自身密封（Lamp Seal）大部分車燈都采用此種密封方式

例如前大燈、前后霧燈，部分的后組合燈及高位制動燈。這些車燈都有一個共同特點，即燈的安裝部位都在發(fā)動機倉側(cè)、前后保險杠等非密閉處，沒有平整的車體與其配合進行密封防水。

2.1.1 車燈自身密封的具體方法

目前主流的密封方法有三種。

（1）防水膜（布）（BREATH FILM）。膜的材料為聚四氟乙烯類，其中最常見的是戈爾公司的ePTFE膜、杜邦的Tyvek膜和日東公司TEMISH膜。膜的防水原理，膜的微孔直徑在0.1～10μm之間，水蒸汽的直徑約為0.0004μm，而水滴的直徑在0.1～7 mm，所以水蒸氣可以輕松通過膜而水滴不行。

膜的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

最上層為墊片，材質(zhì)為聚酯有紡布、聚酯無紡布、還有網(wǎng)。下面是聚四氟乙烯的膜，再下面是粘合層，材質(zhì)為硅膠或兩面膠，最下面是剝離紙，材質(zhì)為紙或PET。

根據(jù)車燈的使用條件，選擇膜時要注意以下幾點。

①耐水性，單位是kPa，確認方法是在常溫（20 ℃±3 ℃）下，在特定的試驗裝置中施加1分鐘、100 kPa的水壓。試驗片漏水時的水數(shù)值越高代表耐水性越好。

②透氣度，單位是cm3/min，確認方法是在壓差1 kPa時通氣量，數(shù)值越大代表透氣性越好。

耐水性和透氣度是相矛盾的，耐水性越好，透氣度越差。所以要考慮車燈整體的結(jié)構(gòu)進行合理選擇。另外，車燈的使用環(huán)境溫度極限為-40 ℃～100 ℃，而且經(jīng)常要暴露在陽光下，所以耐溫性和耐候性也是選擇呼吸膜（布）的重要參數(shù)。

（2）呼吸帽（BREATH CAP）。呼吸帽一般有普通型及復合型兩種。普通型的結(jié)構(gòu)（如圖6），材質(zhì)一般選PP。普通型的結(jié)構(gòu)比較簡單，成本較低，透氣性較好，防水性一般。復合型的結(jié)構(gòu)大致分兩種，一種是在普通型的基礎上加一塊海綿。另一種的結(jié)構(gòu)較復雜，以常見的日東制的復合式的呼吸帽為例，它的特點是防塵、防水、透氣性、耐油性可以根據(jù)需要選擇不同種類的膜來控制，外部是聚丙烯制的殼體，可以防止水滴和灰塵直接打到防水膜上，內(nèi)部是合成橡膠制的內(nèi)殼體，它與燈具的殼體緊密配合，增強防水防塵效果，內(nèi)殼體上粘貼一層防水膜（聚四氟乙烯制）。不同顏色的外殼體代表不同的用途，具體參見附（表1）。

（3）呼吸套管（BREATH TUBE）。

呼吸套管的種類也分普通型及復合型。①普通型的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)一般為EPDM橡膠。呼吸管的透氣性能最好，但是防塵性和防水性相對較弱，所以在呼吸管的內(nèi)部會進行迷宮式的設計，防止水和塵土的逆流。②復合型的結(jié)構(gòu)是在普通型的基礎上增加一塊過濾棉，增加過濾棉的方式提高了普通型的防水防塵的能力，但是在成本上則相對有所增加。

2.1.2 車燈自身密封設計的注意事項

（1）呼吸裝置（膜、帽、管）在燈具設定的位置和數(shù)量。呼吸膜等一般設定在車燈的后部，盡量不要設置在燈具底部和頂部（除非有特殊要求），原因是防止被雨水與車輪卷起的泥水直接打到。

對于前大燈等較大的產(chǎn)品在開發(fā)時應設計4個呼吸孔，使其分布在燈具的四個角，在燈具整體評價時再根據(jù)防水防霧的試驗結(jié)果決定保留其中的2個到3個呼吸孔，剩余孔取消（模具修改）比較好排列位置是熱源附近1處，靠近車燈外側(cè)2處。這樣可以形成對流，帶走車燈內(nèi)的濕氣。

（2）呼吸裝置安裝處的設計（圖2）。

為了防止雨水直接接觸呼吸孔，在安裝部周圍要設置一圈筋①，注意其下部要留有缺口，保證積水得到及時排凈。目的是防止燈具內(nèi)部在點燈前后產(chǎn)生的氣壓差將積存的水吸進燈內(nèi)。

同時也為了防止車輪卷起的泥水由結(jié)構(gòu)①下部的缺口進入燈內(nèi)，要設置一個遮擋結(jié)構(gòu)③。它與結(jié)構(gòu)①的間距要保持3mm以上。

呼吸裝置與燈體的結(jié)合部②要光潔平整，模具拋光要達到砂紙1000#以上（特別是呼吸膜的接觸面最好使用研磨膏拋光）。目的是防止水從結(jié)合部的間隙進入燈體內(nèi)部。

2.2 車體密封（BODY SEAL）

2.2.1 車體密封的種類

車體密封材料的種類有許多種，主要有NBR/PVC泡棉、CR泡棉、SBR泡棉、EPDM泡棉。

NBR/PVC泡棉是采用性能優(yōu)異的丁腈橡膠、聚氯乙烯為主要原料，配以各種優(yōu)質(zhì)輔助材料，以特殊工藝發(fā)泡而成的軟質(zhì)高檔保溫節(jié)能材料。產(chǎn)品有表面帶皮及不帶皮之分。

CR氯丁橡膠作為一種通用型特種橡膠，除具有一般橡膠的良好物性外，還具有耐候、耐燃、耐油、耐化學腐蝕等優(yōu)異特性，特別是本身防火阻燃性能。CR材料相對其他橡膠泡棉來說，其片材表面有閃光。

SBR是一種合成橡膠發(fā)泡體，手感細膩，柔軟，富有彈性，具有防震，保溫，彈性，不透水，不透氣等特點。因為廣泛用于潛水料的制造，近年來隨著成本的不斷降低和眾多專業(yè)成品廠家的大力推界，已經(jīng)成為應用領域不斷拓寬拓展新型材料。

最常使用的EPDM泡棉。EPDM泡棉的主要成分是EPDM橡膠，它具有一般橡膠所不具備的耐熱性、耐候性、耐化學藥品性（耐酸堿）。

根據(jù)其發(fā)泡結(jié)構(gòu)可分為獨立氣泡、半獨立氣泡和連續(xù)氣泡三種結(jié)構(gòu)。

（1）獨立氣泡。每個氣泡之間不連續(xù)，獨立存在。它的特點是具有高彈性及優(yōu)異的防水性能。一般使用在需要高防水性能的車燈上。（2）半獨立半連續(xù)氣泡。一部分是連續(xù)氣泡。另一部分是獨立氣泡。它的特點是材料較獨立氣泡的泡棉柔軟，易于壓縮，且具有不錯的防水性和密封性。（3）連續(xù)氣泡。連續(xù)氣泡的泡棉由于防水性不佳，不會用在燈具防水防塵的使用上。關于發(fā)泡EPDM有以下幾項特性比較重要。

①壓縮率和硬度（圖3）。

壓縮率（%）=（壓縮前的厚度-壓縮后的厚度）/壓縮前的厚度×100%

壓縮硬度在10×10 cm的試驗片上，以10 mm/分的速度壓縮。達到所定厚度時固定住，測量10秒后的所承受的重量。

②耐熱性（圖4）。

按照各條件制作試驗片，經(jīng)過數(shù)天后、在500 mm/分拉伸速度下測定斷裂時的最大拉伸量。以初始為100算出拉伸量的變化率。

③耐候性（圖5）。

按照各條件制作試驗片，經(jīng)過數(shù)天后、在500 mm/分拉伸速度下測定斷裂時的最大拉伸量。以初始為100算出拉伸量的變化率。

④水密性。

壓縮率在50%～70%情況下：獨立氣泡 >半獨立半連續(xù)氣泡>連續(xù)氣泡。

壓縮率在80%的情況下三種的水密性能相同。

⑤耐化學藥品性。

初期拉伸強度（N/cm2）獨立氣泡（35）；半獨立半連續(xù)氣泡（10）；連續(xù)氣泡（8）。

1%H2SO4拉伸強度（N/cm2）獨立氣泡（30）；半獨立半連續(xù)氣泡（10）；連續(xù)氣泡（7.5）。

1%NaOH拉伸強度（N/cm2）獨立氣泡（36）；半獨立半連續(xù)氣泡（9.8）；連續(xù)氣泡（7.1）。

2.2.2 泡棉設計的注意事項

（1）盡可能將分型面設計成平面，即使車燈側(cè)的安裝面是曲面時，也盡可能將泡棉設計為平面。（2）泡棉的寬度（A尺寸）盡量大于厚度（B尺寸），目的是防止泡棉在壓縮時變形造成的漏水。

2.2.3 車體密封設計的注意事項

車燈側(cè)安裝面要保證平坦光滑，并且寬度要足夠大（頂端>2 mm），模具拋光要達到砂紙1000#以上，另外車燈密封部位頂端距離車體邊緣要足夠遠（距離>7 mm），目的是防止水由結(jié)合部進入燈體。

3 結(jié)論

汽車燈具的密封方式?jīng)Q定了車燈的防水防塵性能，是影響整車性能的關鍵指標之一，本文介紹了車燈的兩種密封方式及其常用材料的性能和特點，分析了不同方式的使用注意要點，提供了在具體設計中的簡要思路。在具體的車燈開發(fā)中我們要充分結(jié)合實際情況及客戶具體的要求進行相應的調(diào)整。同時，要關注市場上進水起霧的反饋情況，了解密封新技術(shù)的發(fā)展，及時運用到新車型的開發(fā)，提高性能，滿足客戶的要求。