汽车灯具所使用密封方式的应用与设计

摘 要：本文阐述了汽车灯具的两种密封方式（车灯自身密封、车体密封），两种方式各自的优缺点，选择不同方式的注意事项及简要设计方法。

关键词：汽车灯具 密封方式 应用 设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0008-02

目前市场上对于车灯的投诉中，漏水、起雾占了很大的比例。其主要原因是点灯与环境温度的变化会造成灯内外的气压差，水或者水汽就会从车灯上的缝隙进入到灯内。本文中对密封方式的选择进行了介绍，并对相应密封材料的使用和设计提供了一些方法和思路。

1 车灯的主要密封方式

主要方式有两种，一种是车灯自身密封（Lamp Seal）。另一种是车体密封（Body Seal）。车灯密封是车灯依赖车体，自身具备独立的防水能力。车体密封是车灯需要与车体相配合达到防水效果，自身不具备独立的防水能力。

2 车灯密封的选择及应用

2.1 车灯自身密封（Lamp Seal）大部分车灯都采用此种密封方式

例如前大灯、前后雾灯，部分的后组合灯及高位制动灯。这些车灯都有一个共同特点，即灯的安装部位都在发动机仓侧、前后保险杠等非密闭处，没有平整的车体与其配合进行密封防水。

2.1.1 车灯自身密封的具体方法

目前主流的密封方法有三种。

（1）防水膜（布）（BREATH FILM）。膜的材料为聚四氟乙烯类，其中最常见的是戈尔公司的ePTFE膜、杜邦的Tyvek膜和日东公司TEMISH膜。膜的防水原理，膜的微孔直径在0.1～10μm之间，水蒸汽的直径约为0.0004μm，而水滴的直径在0.1～7 mm，所以水蒸气可以轻松通过膜而水滴不行。

膜的结构如图1所示。

最上层为垫片，材质为聚酯有纺布、聚酯无纺布、还有网。下面是聚四氟乙烯的膜，再下面是粘合层，材质为硅胶或两面胶，最下面是剥离纸，材质为纸或PET。

根据车灯的使用条件，选择膜时要注意以下几点。

①耐水性，单位是kPa，确认方法是在常温（20 ℃±3 ℃）下，在特定的试验装置中施加1分钟、100 kPa的水压。试验片漏水时的水数值越高代表耐水性越好。

②透气度，单位是cm3/min，确认方法是在压差1 kPa时通气量，数值越大代表透气性越好。

耐水性和透气度是相矛盾的，耐水性越好，透气度越差。所以要考虑车灯整体的结构进行合理选择。另外，车灯的使用环境温度极限为-40 ℃～100 ℃，而且经常要暴露在阳光下，所以耐温性和耐候性也是选择呼吸膜（布）的重要参数。

（2）呼吸帽（BREATH CAP）。呼吸帽一般有普通型及复合型两种。普通型的结构（如图6），材质一般选PP。普通型的结构比较简单，成本较低，透气性较好，防水性一般。复合型的结构大致分两种，一种是在普通型的基础上加一块海绵。另一种的结构较复杂，以常见的日东制的复合式的呼吸帽为例，它的特点是防尘、防水、透气性、耐油性可以根据需要选择不同种类的膜来控制，外部是聚丙烯制的壳体，可以防止水滴和灰尘直接打到防水膜上，内部是合成橡胶制的内壳体，它与灯具的壳体紧密配合，增强防水防尘效果，内壳体上粘贴一层防水膜（聚四氟乙烯制）。不同颜色的外壳体代表不同的用途，具体参见附（表1）。

（3）呼吸套管（BREATH TUBE）。

呼吸套管的种类也分普通型及复合型。①普通型的结构，材质一般为EPDM橡胶。呼吸管的透气性能最好，但是防尘性和防水性相对较弱，所以在呼吸管的内部会进行迷宫式的设计，防止水和尘土的逆流。②复合型的结构是在普通型的基础上增加一块过滤棉，增加过滤棉的方式提高了普通型的防水防尘的能力，但是在成本上则相对有所增加。

2.1.2 车灯自身密封设计的注意事项

（1）呼吸装置（膜、帽、管）在灯具设定的位置和数量。呼吸膜等一般设定在车灯的后部，尽量不要设置在灯具底部和顶部（除非有特殊要求），原因是防止被雨水与车轮卷起的泥水直接打到。

对于前大灯等较大的产品在开发时应设计4个呼吸孔，使其分布在灯具的四个角，在灯具整体评价时再根据防水防雾的试验结果决定保留其中的2个到3个呼吸孔，剩余孔取消（模具修改）比较好排列位置是热源附近1处，靠近车灯外侧2处。这样可以形成对流，带走车灯内的湿气。

（2）呼吸装置安装处的设计（图2）。

为了防止雨水直接接触呼吸孔，在安装部周围要设置一圈筋①，注意其下部要留有缺口，保证积水得到及时排净。目的是防止灯具内部在点灯前后产生的气压差将积存的水吸进灯内。

同时也为了防止车轮卷起的泥水由结构①下部的缺口进入灯内，要设置一个遮挡结构③。它与结构①的间距要保持3mm以上。

呼吸装置与灯体的结合部②要光洁平整，模具抛光要达到砂纸1000#以上（特别是呼吸膜的接触面最好使用研磨膏抛光）。目的是防止水从结合部的间隙进入灯体内部。

2.2 车体密封（BODY SEAL）

2.2.1 车体密封的种类

车体密封材料的种类有许多种，主要有NBR/PVC泡棉、CR泡棉、SBR泡棉、EPDM泡棉。

NBR/PVC泡棉是采用性能优异的丁腈橡胶、聚氯乙烯为主要原料，配以各种优质辅助材料，以特殊工艺发泡而成的软质高档保温节能材料。产品有表面带皮及不带皮之分。

CR氯丁橡胶作为一种通用型特种橡胶，除具有一般橡胶的良好物性外，还具有耐候、耐燃、耐油、耐化学腐蚀等优异特性，特别是本身防火阻燃性能。CR材料相对其他橡胶泡棉来说，其片材表面有闪光。

SBR是一种合成橡胶发泡体，手感细腻，柔软，富有弹性，具有防震，保温，弹性，不透水，不透气等特点。因为广泛用于潜水料的制造，近年来随着成本的不断降低和众多专业成品厂家的大力推界，已经成为应用领域不断拓宽拓展新型材料。

最常使用的EPDM泡棉。EPDM泡棉的主要成分是EPDM橡胶，它具有一般橡胶所不具备的耐热性、耐候性、耐化学药品性（耐酸碱）。

根据其发泡结构可分为独立气泡、半独立气泡和连续气泡三种结构。

（1）独立气泡。每个气泡之间不连续，独立存在。它的特点是具有高弹性及优异的防水性能。一般使用在需要高防水性能的车灯上。（2）半独立半连续气泡。一部分是连续气泡。另一部分是独立气泡。它的特点是材料较独立气泡的泡棉柔软，易于压缩，且具有不错的防水性和密封性。（3）连续气泡。连续气泡的泡棉由于防水性不佳，不会用在灯具防水防尘的使用上。关于发泡EPDM有以下几项特性比较重要。

①压缩率和硬度（图3）。

压缩率（%）=（压缩前的厚度-压缩后的厚度）/压缩前的厚度×100%

压缩硬度在10×10 cm的试验片上，以10 mm/分的速度压缩。达到所定厚度时固定住，测量10秒后的所承受的重量。

②耐热性（图4）。

按照各条件制作试验片，经过数天后、在500 mm/分拉伸速度下测定断裂时的最大拉伸量。以初始为100算出拉伸量的变化率。

③耐候性（图5）。

按照各条件制作试验片，经过数天后、在500 mm/分拉伸速度下测定断裂时的最大拉伸量。以初始为100算出拉伸量的变化率。

④水密性。

压缩率在50%～70%情况下：独立气泡 >半独立半连续气泡>连续气泡。

压缩率在80%的情况下三种的水密性能相同。

⑤耐化学药品性。

初期拉伸强度（N/cm2）独立气泡（35）；半独立半连续气泡（10）；连续气泡（8）。

1%H2SO4拉伸强度（N/cm2）独立气泡（30）；半独立半连续气泡（10）；连续气泡（7.5）。

1%NaOH拉伸强度（N/cm2）独立气泡（36）；半独立半连续气泡（9.8）；连续气泡（7.1）。

2.2.2 泡棉设计的注意事项

（1）尽可能将分型面设计成平面，即使车灯侧的安装面是曲面时，也尽可能将泡棉设计为平面。（2）泡棉的宽度（A尺寸）尽量大于厚度（B尺寸），目的是防止泡棉在压缩时变形造成的漏水。

2.2.3 车体密封设计的注意事项

车灯侧安装面要保证平坦光滑，并且宽度要足够大（顶端>2 mm），模具抛光要达到砂纸1000#以上，另外车灯密封部位顶端距离车体边缘要足够远（距离>7 mm），目的是防止水由结合部进入灯体。

3 结论

汽车灯具的密封方式决定了车灯的防水防尘性能，是影响整车性能的关键指标之一，本文介绍了车灯的两种密封方式及其常用材料的性能和特点，分析了不同方式的使用注意要点，提供了在具体设计中的简要思路。在具体的车灯开发中我们要充分结合实际情况及客户具体的要求进行相应的调整。同时，要关注市场上进水起雾的反馈情况，了解密封新技术的发展，及时运用到新车型的开发，提高性能，满足客户的要求。