据有关资料介绍,包括轮胎在内的橡胶产业,其年耗胶量约70%以上都用在汽车工业上。在一辆新型汽车上,除轮胎和管带外,每部车需用的橡胶配件平均达数百件之多,而在这数以百计的橡胶配件中,密封制品占有相当大的比例。
目前,一辆国产汽车需用的密封件有几十种,数量在百件以上,重量约8-10千克。如果按每部车需用100件橡胶密封件计算,仅密封件一项,国产汽车每年就约需要1.6亿件,耗胶约1.2-1.6万吨。加上目前正在使用中的1000万多辆汽车所需的维修配件,形成了中国汽车橡胶密封制品行业一个巨大的应用市场。2001年中国汽车总产量达233.44万辆,其中轿车为70.35万辆,年增长率分别为12.81%和16.35%。
橡胶密封件要有良好的机械强度、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℃的使用温度范围,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,橡胶密封制品行业已呈现相对滞后的状态。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。
硅橡胶应用于密封制品的领域相当广泛,主要制品有汽车发动机曲轴后密封圈、燃油泵密封件、空调压缩机密封件、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,而是用于这两类材料不能满足性能要求的场合。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,广泛用于橡胶密封制品中。目前,全世界氟橡胶年产量达1万吨左右,其中70%用于橡胶密封制品,主要用于汽车产品上。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,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于油封、O形圈、密封垫片、燃油泵密封件等。由于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。
浙江金华市科达氟化橡塑有限公司经过5年艰苦攻关,于2003年4月成功开发出用于汽车发动机曲轴前、后油封的新产品─氟化橡塑复合材料唇形密封圈。专家认为,这一新产品的诞生,解决了汽车发动机在高速运转高温磨擦条件下的密封技术难题,产品的使用寿命可达10年以上。目前,在中国汽车发动机中使用的密封件,普遍使用的是单一橡胶制品,它在高速运转高温磨擦条件下,容易在油封主唇口造成橡
胶材料老化,影响密封件的寿命和性能的稳定性,一年左右就要更换一次,直接影响到发动机的整机质量。将聚四氟乙烯、全氟丙烯、聚偏氟乙烯等有机氟材料与氟橡胶等弹性体进行有效复合,开发出新的氟化橡塑复合材料,这种新材料可耐250℃的高温,同时具有耐磨、耐油、耐老化、耐酸碱等优越的物化性能。
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,但由于中国的基础研究水平和整体工业水平偏低,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代开始采用
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,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。由于各种配合剂对不同高聚物的亲合能力各异,共硫化性又取决于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,对并用胶的性能有重大影响和改善。由于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。
丙烯酸酯橡胶汽车密封条
丙烯酸酯的耐热、耐油性仅次于氟橡胶,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。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于汽车密封条和建筑密封条。TPE在汽车密封条中的应用,主要是代替性能落后的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,其密度小于EDPM,这一点特别适合于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。由于TPE材料有良好的
抗老化和耐臭氧性能,在建筑业中主要用于窗框垫的生产。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化发展趋势
目前用于汽车橡胶密封条的大部分原材料仍可作绿汽车橡胶密封条的原材料,如三元乙丙橡胶等。由于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,在今后较长时间内仍是绿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汽车橡胶密封条的生产原料,一些对环境有污染和对人体有害的材料应选择替代品。
绿汽车橡胶密封条是一种新型和环保型的产品,由于性能好,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密封条,中国企业也应着手进行彩密封条的研制开发,以满足不同用户的需求。
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