浅谈我国汽车密封条的现状和发展1.doc

浅谈我国汽车密封条的现状和发展 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-bile sealing 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。 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(window screen)；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。 2 汽车密封件的材料 2.1 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。 2.2 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。 2.3 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。 2.4 辅助材料 骨架：骨架在密封条中起支撑和夹持固定作用，最常用的骨架有金属带骨架和钢丝联线骨架，其中金属骨架又可分为冲切、滚压和平板式，材料有低碳钢、铝和铝镁合金等，在结构上分为单桥、双桥、拉伸、对称和非对称型，以满足手工、锤击和滚压工装等不同装配工艺的需要。近年来，轻量化和良好的追随性骨架发展迅速。 植绒绒毛：通常采用纤度在3-4D的聚酯纤维和锦纶纤维，颜色以黑色居多。近年来，彩色绒毛也得到青睐和应用。 涂层材料：涂层材料分为聚氨酯类和硅树脂类，有良好的减磨作用，传统涂料中大部分为有机溶剂，对环境有污染，最近推出的水基涂料不仅外观好，而且可部分替代植绒，有良好的降低摩擦系数的作用，是涂层材料的发展方向。 不干胶：系无硫化系统的丁基胶浆，可长期保持塑性和粘结力，在门框条和行李箱密封条的夹持部位起着辅助密封作用。充氮热融性不干胶密封效果好，可应用于一些特殊要求的情况。 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： 3.1 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。 3.2 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。 3.3 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。 3.4 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。 4 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。 5 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。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。国外汽车密封条技术标准和规范概况前言国内汽车密封条制造企业在配套过程中会经常遇到不同公司不同体系的标准和规范，而且由于获得这些标准的途径有限，因此对正确解读和理解带来一定的困难。本文对国外汽车密封条的技术标准在标准的表示形式和性能项目等方面进行归纳、分类和分析，并对建立我国汽车密封条行业技术标准体系提出建议。我国汽车工业的快速发展，带动了国内汽车零部件行业的发展。汽车密封条行业是其中代表之一。20世纪80年代起，中国汽车工业的发展模式主要是与国外先进的汽车公司合资搜企网版权所有，车型基本由外方公司设计，主要是直接采用国外发达地区各汽车公司的标准。国内汽车密封条制造企业在与这些整车厂配套过程中逐渐接触了当今世界上汽车工业相对较发达地区的汽车密封条技术和标准。这使得国内汽车密封条制造业整体技术水平发生了质的飞跃。但同时汽车密封条制造企业在配套过程中会经常遇到不同公司不同体系的标准和规范，而且由于获得这些标准的途径有限，因此对正确解读和理解带来一定的困难。表1 部分国外汽车企业标准代号我们将自已几年来在接触汽车密封条（主要是轿车用密封条）工作中的一些认识和体会，特别对汽车密封条的标准和规范等方面的认识（主要从标准的表示形式和常规项目等方面），与从事汽车密封条工作的同仁互相探讨。在当前国家大力提倡自主开发和保护知识产权的形势下，希望通过对国外汽车密封条标准的分析对比，在如何建立适合我国汽车密封条健康发展的标准体系的过程中充分博采众长，为自主开发产品提供必要的支持。汽车密封条标准概况汽车密封条产品涉及的技术标准主要由三大部分组成：材料性能标准、成品性能标准和相应的试验方法标准。产品标准和材料标准通常采用以各大汽车公司的企业标准为主，也有的采用行业协会标准；试验方法标准中材料性能通常采用公开发行的公共标准基础标准，如国际标准、国家标准和行业标准（ISO、ASTM、DIN、VDA、SAE和JIS等）；成品性能试验方法标准通常采用各大汽车公司的企业标准。表1列举了部分国外企业标准代号。表2 按SAE J 200标准来解读的性能指标及相应的试验方法标准1. 材料标准和规范汽车密封条材料标准通常以采用各大汽车公司的企业标准为主。（1）材料标准表示形式（在图纸上）材料标准在图纸上的表示形式可分为以下几种：用特定的代码表示（即按材料分类系统表示）；标明所采用的标准号（通常是这类产品标准号，材料标准是其中一部分）；直接将指标标注在图纸上。用特定的代码表示材料性能要求，通常主要是由基本部分+附加部分组成，后面还可以加特殊要求。基本部分通常包括橡胶材料的基本性能，如硬度、拉伸强度、拉断伸长率和耐油性等；附加部分组成则按产品具体性能要求加以规定，如耐热老化、耐臭氧老化、耐低温性能和压缩永久变形等。这些特定的代码都是由一系统的标准体系相配套nc.moc.enilnosmm.www，如通用公司的君悦系列轿车行李箱密封条其胶料性能直接用SAE J 200橡胶材料分类系统表示，胶料性能在产品图上表示为：将其按SAE J 200标准来解读便是表2中性能指标及相应的试验方法标准。表3列举了部分目前这类用特定的代码表示材料性能方法的公司的标准。（2）材料标准中性能项目汽车密封条材料标准项目主要从材质基本性能（如硬度、拉伸强度和拉断伸长率）、寿命及环境等方面影响来考虑，如耐臭氧老化、耐介质、耐盐雾、耐油漆、压缩永久变形、耐低温性能、气味、阻燃特性和限制有害物质等。这类由材质本身基本性能关系密切而与产品结构相关性较小的项目，作为材料项目比较合理，因为其能够反映材质的实际性能，又能直接使用现有比较成熟的材料标准试验方法。表3 用特定代码表示材料性能方法的企业标准（部分）2. 产品标准和规范 （1）产品标准和规范的表示形式产品标准和规范通常采用各大汽车公司的企业标准，在图纸上表明所采用的标准号，其中各车型的个性性能指标一般具体标注在产品图上（最常见的项目有：压缩永久变形、压缩负荷CLD/挤压力、插入力和拔出力等）。各汽车公司的产品标准和规范的形式各异，可归纳为以下两种主要类型： 按部件材质和其受力原理不同分为植绒类和非植绒类，典型的如通用公司和福特公司等，详见表4。按部件种类分类可分为：行李箱条、门框条、头道、导槽及内外侧条、前后盖条等，如大众公司和丰田公司等，示例见表5。表4 按部件材质和其受力原理分类示例（2）产品标准中性能项目产品标准通常由外观要求、尺寸公差要求和成品性能要求组成。尺寸公差要求一般直接从图纸和数模给出。除外观要求外，成品性能项目主要从与其结构有关的密封条的使用功能、安装功能、耐久性能和寿命等性能考虑，因此通常有压缩负荷CLD、压缩永久变形、反复压缩、抗划、抗滑动（主要导槽）、抗异响（主要导槽）、涂层/植绒耐磨性能、摩擦系数、插入/拨出、相容性能、冷冻粘结、气味、抗褶皱、吸水性能、长度变化、耐光照老化、涂层性能、接角粘合强度和燃烧特性等。各类产品根据车型、产品功能和特点选择相应的项目和指标。同一公司不同车型的同类产品具体的指标可以不相同。虽然各公司标准的结构、具体的试验条件和指标不相同，但同一性能项目的基本原理基本相同。表6中列举了部分性能项目及其部分试验方法标准号。表5 按部件种类分类示例3. 试验方法标准试验方法标准可分为材料性能试验方法标准和成品性能试验方法标准。材料基本性能试验方法通常采用公开发行的公共基础标准如国际标准、国家标准和行业标准。成品性能试验方法标准通常采用各大汽车公司的企业标准。试验方法标准常见的有两种形式：（1）试验方法标准中明确单组试验条件金属加工网，没有多选条件（大多数公司的试验方法标准是这种形式）；（2）试验方法标准中推荐多组供选择的试验条件，这些试验条件用特定的数字和字母组成的代码来表示。试验条件可根据具体产品多选搭配组合，如通用公司的GME和EDS标准体系。这类标准可以用以下两个示例说明：示例1：产品标准中要求热空气老化按GME 60258-B3。查GME 60258其试验条件表示为：试验温度（702.5K，试验时间168-2h。示例2：产品标准中要求耐臭氧老化试验按GME 60251- 2J2W。查GME 60251其试验条件2J2W表示为：将长（200300）mm的试样安装在曲率半径为25mm的专用工装上试样，在臭氧浓度为510-7，试验温度为（402）的臭氧箱内存放72h后，取出用放大倍率7倍的放大镜观察试样表面，进行评定。分析1、在材料标准表示形式上，用特定的代码表示材料性能方法的优点包括：系统全面，科学合理，有比较齐全的配套体系；图纸表述简洁，并能比较直观知道材料的主要性能；有利材料进行系统研究和积累，便于选材和计算机管理。在已有的这类用特定的代码表示材料性能方法的公司中，像通用公司那样直接采用的SAE 材料分类系统比较好，其相应的试验方法比较成熟和齐全，公认度比较高。表6 性能项目及其部分试验方法标准号（部分）2、成品标准按部件材质和其受力原理不同分为植绒类和非植绒类比按部件种类分更合理。因为非植绒类产品主