户外塑胶壳体类产品密封性探究

沈凤梅 许文靖 方镕城

摘要：密封结构设计是所有户外产品必须考虑的问题之一，是整个产品能够安全运行的保障。本文针对塑胶类产品的密封结构进行了探讨，从密封材料的选型以及密封结构的设计上给出了几点建议，为户外用塑胶产品的密封设计提供设计参考。

关键词：塑胶产品;户外用;密封结构

中图分类号：TG501 文献标志码：A

Sealing structure design is one of the problems that must be considered for all outdoor products and the guarantee for the safe operation of the whole product. This paper discusses the sealing structure of plastic products，and gives some suggestions from the selection of sealing materials and the design of sealing structure，so as to provide design reference for the sealing design of outdoor plastic products.

Key words：plastic products; For outdoor use; Sealing structure

引言

隨着改性塑胶材料的不断创新，使得塑胶材料的机械强度、耐候性、抗冲击性等综合特性不断提高，由于塑胶材料能够被设计成更加美观的造型，产品更加容易被大众所接受，使得塑胶材料越来越多的被应用到现代工业产品上，特别是一些户外的产品上，这些材料尤指5大类工程塑料。比如一些配电柜，汽车的发动机盖，交流充电桩等产品。产品被放在户外使用，必然要解决的问题是产品的密封性，因为整个产品的密封性是确保产品能够正常运行的先决条件[1-2]，要能够经受住长期户外使用的恶劣条件以及防水要求，这就要求所设计的户外产品在结构上，以及密封材料的选择上需要遵循一些原则。本文针对户外塑胶壳体类产品的密封性进行了一些探究。

1 密封材料的选择

对于常用的密封材料包括以下几大类，①丁腈类 这类密封材料经常被制作成密封圈的形式，也就是我们通常说的O型密封圈，它的优良特性是指具有很好的耐油性，在密闭不接触阳光的环境下，能够起到很好的密封效果。但是该种密封材料的致命弱点是不能户外使用，在阳光下会很快发生粉化，失去本身的机械特性，同样失去密封效果。②乙丙类 这类密封材料可以被制成各式各样的密封件使用，具有很好的耐热、耐候性，但是耐油性一般。因其具有很好的耐候性，所以可以被选择用于户外塑胶壳体类材料的密封材料。但它的另外一个缺点是长期压缩后回弹性性能一般，不可以拆除后重复使用。②硅胶类 这类密封材料同样可以被制成各种样式的密封件使用，同样具有很好的耐热、耐候性，耐磨性，同样耐油性一般，但因其具有很好的耐候性，所以可以被选择用来户外塑胶壳体类材料的密封材料，并且硅胶类密封材料长期压缩后回弹效果很好，可以重复使用，目前该款密封材料已经被广泛接受作为户外塑胶壳体类密封材料的首选。

2 密封结构的设计

除了选择合适的密封材料，密封结构的设计也是实现户外壳体类产品能够满足防水需求的必备条件。本文针对塑胶产品的成型特点，给出下面两种设计建议。

①减少塑件变形及密封凸筋设计

塑胶类产品的成型工艺一般为注塑成型，注塑成型的缺陷直接影响注塑产品质量，尤其是塑件的翘曲变形[2]，塑件发生翘曲变形，直接会影响整个产品的密封，而且产品尺寸越大，变形量会越严重，注塑件的这种变形是所有注塑件的通病。这就要求我们在进行注塑件的密封设计时需要考虑两方面的问题①如何充分减少塑件的变形②如何进行密封结构的设计。对于减少塑件的变形方面，一般采取的方法是在塑件上增加加强筋，加强筋是塑料产品结构中不可或缺的部分，不仅可以提高塑料产品的强度和刚度，减少扭曲变形问题，还可以使塑料在成型时充满型腔，避免产生工艺缺陷 [3]。加强筋的设计要符合以下要求，如下图所示。在确保塑件加强筋正确设计的前提下，整个产品的密封结构可以做以下优化设计，即在密封部位处增加交错的0.2-0.3mm高度的小凸筋，如下图所示，增加的交错的筋位对密封可以起到双保险的作用。

②下搭交错式密封结构设计

户外用塑胶类产品，从刚开始的外观设计就要考虑到产品的密封防水要求，而不只是考虑外观，尽可能的设计成具有一定外搭结构的外观，后期结构工程师在做拆件进行结构设计时，防水结构就更容易设计。因为外搭式的结构，最外面的搭边会使雨水在进入到密封结构之前就进行了一次阻挡，雨水到达密封结构时的动力就会被缩减，外搭式的结构如下图3所示。另外密封结构除了做外搭结构以外，还要做交错式结构设计（空间允许的情况下），如下图3所示，上下壳体的交错式设计，可以起到最后一道屏障的作用，这样层层阻挡式的密封结构，能够很好的满足防水防尘等级要求高的产品。

3 密封材料的形状设计

对于尺寸比较小的产品，密封件可以设计成密封圈的形式，这样便于后期的安装。尺寸比较大的产品，密封件要设计成密封条的形式，否则在安装时困难重重。而且密封条最好设计成规则的圆形，密封条在安装时不容易打卷，能够一定程度上提高装配效率。密封条的安装沟槽有一定的内勾结构可以确保密封条的固定。因为尺寸比较大的产品在后期的搬动或者老化操作时，密封胶条容易蹦出，如果有限位结构，就可以减少后期的维护工作量。大尺寸产品的另一种密封胶条样式是采用自动打胶机现场进行挤出，这种密封胶条是速干发泡密封胶。采用这种速干发泡密封硅胶的方式进行密封设计时，密封胶挤出面要求有限位槽，这样不但可以为自动挤出机提供挤出规划路径，而且可以限制密封胶的溢流，更能够确保密封胶条成型后的高度以及形状，有助于提高产生的密封性。

4总结

密封结构的设计是户外用产品在进行结构设计时必须考虑的问题并且是难题之一，很多产品的开发周期拖延问题就出在防水测试上，所以好的密封结构设计是整个产品成功的关键问题之一，本文针对塑胶类户外产品的密封结构设计进行了探讨，从密封材料的选型，密封件的结构样式，密封处的结构设计等几个方面进行了论述。为户外用塑胶产品的密封设计提供设计参考。

参考文献

[1]周兵其.机械密封结构设计研究[J].科技创新. 2013，21（35）

[2]王洪群，周国忠，虞培清，等.机械密封的优化设计[J]. 重型机械，2017，6.

[3]欧子欣，林泉. 便捷式硬盘外壳注塑成型翘曲变形工艺优化[J].轻工科技. 2021，37（04）

[4]齐东楷，徐伟.家庭健康检测产品现状与趋势分析[J].林业机械与木工设备，2020，48（11）：9-12.

作者简介：沈凤梅（ 1987.07-），女，汉族，河南商丘人，硕士，中级工程师，研究方向：新能源。