汽车密封系统技术概述

谢天男

（华晨汽车工程研究院闭合件工程室，辽宁 沈阳 110141）

汽车密封系统技术概述

谢天男

（华晨汽车工程研究院闭合件工程室，辽宁 沈阳 110141）

简介了汽车密封条所用原材料及产品种类、结构和性能。按安装部位，汽车橡胶密封条分为门外密封条（头道密封条）、门框密封条、行李箱密封条、发动机盖密封条、导槽密封条、内外水切、顶饰条和三角窗密封条等类型。其弹性体多由EPDM密实胶和海绵组成，骨架有钢带、钢丝编织带和铝带几种类型。不同结构的密封条安装固定形式不同。汽车密封系统主要性能包括材料的耐臭氧老化、耐大气老化、耐低温等性能及成品挤压力、插入力、拔出力、植绒面耐磨性能。

华晨；汽车；密封系统

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

前言

随着中国汽车工业的飞速发展，汽车用密封条成为市场关注的热点。汽车用密封条主要起防风防雨、减震降噪和装饰作用。具体而言，汽车密封件可以有效防止外部风雨、尘土等有害物质侵入车内，减小汽车在行驶中门、窗等部位产生的震动以保持车内的乘坐舒适性和清洁性，并使被密封部位或装置的工作环境得到改善，工作寿命得以延长。汽车工业对密封条尤其是轿车密封条的性能要求越来越高，不仅需要具有优良的密封性与环境隔离功能，而且要有舒适性和美观、安全、环保等要求。近年来，通过引进国外先进技术和装备，我国汽车橡胶制品的生产技术水平有了很大提高。其中，汽车橡胶密封条除在产量上能基本满足国内汽车工业需求外，还有部分产品进入国际市场。热塑性弹性体的不断开发，在汽车密封条领域为传统橡胶带来冲击。

1、材料

汽车密封条的橡胶材料有密实胶、海绵胶和硬质橡胶三种。硬质橡胶的硬度可达邵氏A95。密封条的胶料较多使用耐老化、耐低温、耐水气、耐化学腐蚀，特别是耐臭氧老化的三元乙丙橡胶（EPDM）。EPDM可以与钢带、钢丝编织带、TPE、绒布、植绒、PU涂层、有机硅涂层等复合，保证汽车室内与外界及自身的防水、防尘、隔音、隔热、减振、防磨和装饰作用。一般情况下EPDM密封条可稳定使用十几年。也可选择具有良好耐臭氧性能及良好耐老化性能的氯丁橡胶（CR）。考虑到常用胶料的工艺性能，有时还需要选用并用橡胶，如天然橡胶（NR）与CR及丁苯橡胶（SBR）三种橡胶并用或聚乙烯（PE）、EPDM及NR橡塑并用型以改进耐臭氧性。

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BANNED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到分子级兼容，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。

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，主要是代替性能落後的PVC材料。近年来，随着热塑性弹性体（TPE）技术的不断发展和成熟，应用领域不断扩展。在制造密封条的原材料中，以往采用的主要原材料三元乙丙橡胶也在不断更新和发展。具有优良的物理性能，又有良好加工性能的新型EPDM可控制分子中长链支化，使其硫化性能更好，并可提高挤出速度和产品的产量。新型的热塑性弹性体如TPO和TPV等材料在汽车密封条中应用也越来越多。这些材料既具有弹性体的优良工程性能，又具有塑料的优良特性，既方便加工，又可回收重复利用，这些材料正在逐步取代EPDM制品。

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。

2、分类

橡胶密封条主要用于汽车的门、窗、仓盖等需要密封的间隙部位，除起密封作用，即防止外部风沙、雨水、尘土等有害物质浸入车内外，还起减震、隔音、装饰作用，以提高汽车部件的工作寿命和汽车的乘坐舒适性。

按结构，橡胶密封条可分为纯胶、密实胶一海绵双复合、密实胶一海绵一骨架材料三复合及多复合几种类型。按使用部位，橡胶密封条可分为门框密封条、行李箱密封条、发动机盖密封条、导槽密封条、内外侧密封条、头道密封条、风窗密封条等类型

橡胶密封条在车体中的安装固定形式有：①夹紧部位固定：由密封条夹紧部位夹持在车体安装部位固定，夹紧部位可以带骨架，也可以不带骨架。② 嵌入式固定：由密封条钩齿嵌入车体固定。③ 泡钉固定：安装在车身且设有钉孔的密封条适合采用这种方式固定。具体的安装固定过程为：在密封条上钻钉孔并装上泡钉，将泡钉插入车身钉孔并固定。④胶粘剂或胶粘带固定：在密封条与车体结合部位涂刷胶粘剂或贴双面胶带，然后直接或扯去胶带隔离纸后将密封条固定在车身指定部位。

3、性能

3.1 材料性能

3.1.1 基本性能

汽车橡胶密封条的基本性能包括硬度、拉伸强度、扯断伸长率和压缩永久变形等。通常，密封条生产企业要提供这些性能的供货状态数据和热空气老化后数据。根据使用状态，热空气老化试验温度一般选择70℃ 。表2示出了一些国外公司对轿车密封条供货状态的胶料拉伸强度、扯断伸长率和脆性温度的性能要求。

3.1.2 耐臭氧老化和耐大气老化性能

汽车长期处于全天候状态，因此要求密封条具有良好的耐臭氧老化和耐大气老化性能。

3.1.3 耐腐蚀性能

密封条直接安装在车体上，与车体油漆板直接接触，油漆中游离出来的物质会与密封条相互作用，加速密封条老化，故耐油漆性能是密封条胶料的常规性能。

3.2 成品性能

3.2.1 挤压力

一般来说，对门框密封条、行李箱密封条和发动机盖密封条等泡管型密封条的挤压力要求较高。如车门关闭时，要求门框密封条的挤压力(关门力)越小越好，而车门关闭后，又要求门框密封条的挤压力越大越好，以保证车门良好的密封性。因此，为平衡这两个方面的要求，密封条的挤压力应设计适当。目前，密封条的挤压力可以通过计算机辅助设计、计算机辅助试验和有限元分析法确定。

减小关门力的方法有：①在密封条上设计适当数量的排气孔，以在关门时排出泡管中的空气。②在门框密封条与车门安装接触面涂覆一定厚度的涂层，以减少密封条与车门接触面的摩擦。目前，这种涂层一般为PU 和硅油类涂覆材料。

3.2.2 插入力和拔出力

插入力和拔出力分别是装车状态下密封条压人和拉出车壳固定部位所需的力，它们分别影响密封条的使用状态和装配工艺。对拔出力起主要作用的密封条夹紧部位由具有一定夹紧力的硬度较高的密实胶或密实胶与骨架材料(经弯曲)构成，且内侧设有防止滑脱的倒齿。拔出力的大小由夹紧力和倒齿结构决定。

4、结论

近年来，我国汽车橡胶密封条在研究开发和推广应用方面已有很大发展，但与汽车工业发达国家相比还有很大差距，特别是在新材料的研制和应用、密封条的设计制造能力和外观质量等方面还存在很大不足。今后，我们应注重对各类汽车橡胶密封条产品资料的收集和分析，尽快建立和健全密封条产品的数据库，为自主开发设计各类密封条奠定坚实的基础；同时，应逐渐摆脱目前依靠整车制造企业来图加工、产品配套滞后的局面，实现真正意义上的产品开发设计。

[1] 陈海燕.汽车橡胶密封条技术概述.橡胶工业，2003.

[2] 包林康.我国汽车橡胶密封条生产技术现状及发展趋势.中国橡胶，2005.

由图可知冲击器加速的的仿真结果要比实验值稍大一些。可能是由于在实际试验中冲击器与气囊的接触过程中气体由气袋编织布的小孔中泄露的原因，而在本仿真模型中气袋的气体渗透则未加考虑，而冲击器的速度曲线与实验值非常接近接近。由于碰撞过程中物体的速度和加速度信号是对碰撞接触过程的直接反映，并且此仿真模型的仿真结果曲线的走势和数值与实验结果在误差在允许范围之内，该气囊的仿真模型可以作为研究驾驶员正面碰撞约束系统模型的基本模型进行进一步的研究分析。

4、结论

由上可知，合理的MADYMO模型真实的仿真了安全气囊的工作过程，运用本文做提出的实验技术以及仿真方法，通过仿真实验与实际试验的结果比较，仿真模型的真实性和可靠性得到了验证，通过检验计算机仿真理论以及气囊模型的有效和可靠性，可以有效的对气囊的结构和参数进行优化，进而根据仿真结果指导工程设计工作。利用MADYMO软件仿真是安全气囊系统设计工作的重要方法，可以减少试验次数，降低制造成本，大大缩短研发周期。

参考文献

[1] 蔡君.汽车正面碰撞乘员约束系统模型建立及乘员保护分析[D].武汉理工大学, 2011.

[2] 钟志华,杨济匡.汽车安全气囊技术及其应用.中国机械工程,2000,11(1-2):234-237.

[3] 何文,钟志华,杨济匡.汽车安全气囊工作性能仿真试验验证技术研究[J].机械工程学报,2002,(第4期).

[4] 田婧婷.汽车正面安全气囊充气过程模拟及试验验证技术[D].吉林大学, 2009.

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[6] 万鑫铭.汽车驾、乘人员安全气囊有限元模型的建立及其在前碰撞中的应用[D].湖南大学, 2003.

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

谢天男，就职于华晨汽车工程研究院闭合件工程室。