联系我们

CONTACT US

临沂千赢国际机械有限公司

05392650287

联系地址:临沂经济技术开发区香港路与山建路交汇处东南角

新闻动态

「技术帖」高性能密封垫片的开发及在汽车动力总成上的应用

作者:千赢国际  来源:千赢国际  时间:2019-09-28 03:06  点击:


  由于使用条件恶劣,汽车动力总成用密封垫片质量问题频出,成为解决汽车“漏气”、“漏油”、“漏水”问题的一个难点。本文介绍了近年来新开发的夹层复合垫片、橡胶涂层钢板垫片、高强度无石棉垫片、高强度柔性石墨垫片和芳纶纤维增强垫片等新型高强度、高回弹、高寿命的密封垫片,详细阐述了新型密封垫片的组成材料、成型工艺和试验结果,并介绍了具体应用案例及应用效果。

  目前温度在100℃以下的密封垫片通常使用耐油石棉橡胶板、普通无石棉垫片及涂胶纸板。耐油石棉橡胶板见图1,回弹率比较低,难以弥补密封结合面平面加工精度的不足,容易造成渗漏,而且石棉物质对结合面金属表面的腐蚀比较严重,同时由于石棉中金属离子析出而弹性下降,导致密封失效。普通无石棉垫片强度比较低,长期使用容易碎裂,造成密封失效,见图2。涂胶纸板在螺栓安装压力较高或长期在压力下使用容易分层,造成层间渗漏,见图3。

  夹层复合无石棉密封垫片为两层无石棉垫片中间夹一层尼龙网或金属网复合而成。无石棉垫片采用矿物纤维、有机纤维、石粉、橡胶和树脂等材料混合少量交联剂、防老剂、光稳定剂、硫化剂等通过压延、抄取或辊压法等工艺制成。尼龙网为网格120目的耐热尼龙丝线编织制成。金属网为不锈钢丝编织制成。将尼龙网或金属网夹入两层无石棉垫片中,再次压制成型,形成带夹层复合无石棉密封垫片,见图4。金属网增强的无石棉垫片比尼龙网增强的无石棉垫片强度更高,适合于液压机械、特种车辆等高压密封部位。尼龙网增强的无石棉垫片柔韧性和压缩回弹性能更好,适用于汽车动力总成密封。

  复合无石棉密封垫片极大地提高了普通无石棉垫片的各项性能,与耐油石棉橡胶板比较也有很大性能优势。复合无石棉密封垫片与耐油石棉橡胶板的性能比较见表1。

  夹尼龙网复合无石棉密封垫片已经在无锡柴油机厂生产的CA6DL发动机上装车使用,用于调温器垫片、增压器垫片、水管垫片、机油滤清器垫片等,解决了采用耐油石棉橡胶板密封时出现的腐蚀、粘连、渗漏等质量问题,实现了密封垫片无石棉化,并且密封寿命提高3倍以上。

  橡胶涂层钢板垫片是由不锈钢板或冷轧钢板作为芯板,两面涂敷氟橡胶、丁腈橡胶等制成的垫片。见图5。橡胶涂层钢板垫片相对于不带涂层的金属垫片,对密封金属面的粗糙度适应性更好,弥补表面精度偏差和平面度偏差的能力更强。新开发的微发泡橡胶涂层钢板垫片补偿偏差的能力更强,压缩回弹性能也更好,但技术难度更高。一旦发泡技术不成熟,容易造成油品渗透到泡沫中迁移到外表面,造成缓慢泄漏。

  氟橡胶涂层钢板垫片现在多用于气缸垫片、增压器垫片、排气管垫片等高温密封部位,丁腈橡胶涂层钢板垫片多用于变速器顶盖、输入轴轴承端盖、轴间差速器锁盖等100℃以下有一定压力的使用部位。目前在发动机、变速器、桥上都已经装车使用,尤其是代替普通无石棉垫片,使用寿命可提高5倍以上。丁腈橡胶涂层钢板垫片性能见表2。

  普通无石棉密封垫片一般由水镁石、海泡石、硅灰石等矿石纤维代替石棉纤维制成的无石棉混合材料垫片,可以采用辊压法、抄取法、压延法等工艺方法成型。无石棉板中所含纤维的比例一般低于石棉板,填充料含量高于石棉板。所以虽然无石棉板密实度高于石棉板,但是强度低于石棉板。目前矿山纤维增强的无石棉密封垫片多数采用抄取法成型,质地柔软,横向拉伸强度一般小于10MPa,耐油性能和耐乙二醇性能都比较差,无法满足汽车动力总成平面密封的需求。而且一些矿石与石棉矿伴生,无法排除少量石棉成分,国内称含有一定量石棉(5%-20%)的垫片称为非石棉垫片,而100%不含石棉的垫片称为无石棉垫片。虽然国内仍然允许采用温石棉材料,石棉板仍然在汽车行业,尤其是摩托车行业大量应用,但随着我国加入WTO,顺应国际禁用石棉的发展趋势,无石棉垫片的开发应用和质量提升势在必行。

  碳纤维、玻璃纤维、金属纤维增强的密封垫片也有开发和应用。碳纤维强度高,耐热性优异,耐介质性能优良,但分散、混合、浸润等加工性能较差,制备垫片的难度非常高,通过特殊加工手段生产的密封垫片适用于高温高压蒸汽、浓碱等特殊环境部位的密封,而且价格偏高,尚未批量在汽车上推广应用。玻璃纤维同样存在加工困难的问题,而且加工出的垫片产品各向异性非常严重,纵横向性能差异很大,由于玻璃纤维增强垫片具有良好的耐酸性能,因此适用于有酸的密封环境中。金属纤维作为制动器衬片中的增强纤维取代石棉纤维,应用效果非常好,因此也有一些研究人员尝试开发金属纤维增强密封垫片,但由于密封垫片是非常薄的产品,受生产工艺限制,金属纤维难以与其他材料混合,不仅增强作用不明显,而且金属纤维还对其他填充物有切割作用,垫片的整体强度不高,压缩回弹性能不好,因此在汽车上没有成功应用。

  在开发不同纤维增强垫片的同时,发现多种不同纤维混合应用效果非常好,如芳纶纤维与植物纤维或木质素纤维混合应用、矿山纤维与玻璃纤维混合应用、芳纶纤维与玻璃纤维混合应用等,都取得良好效果。目前应用的很多高性能无石棉垫片中增强纤维都是2种或3种混合纤维,不同种类的纤维取长补短,达到性能匹配最佳化,开发出一系列高性能密封垫片,用于汽车动力总成,取得良好效果。同样为抄取法生产的混合纤维(芳纶浆粕、玻璃纤维、矿物纤维)高性能密封垫片与普通矿石纤维增强垫片的性能对比如表3所示。

  目前无石棉垫片的生产工艺发展为辊压法和压延法。虽然这两种生产工艺与抄取法相比,生产效率低,产品柔韧性稍差,但辊压法和压延法生产的无石棉垫片强度高,横向拉伸强度一般超过12MPa,压缩回弹性能好,耐油性和耐水性也比抄取法生产的垫片好,因此获得广泛应用。但辊压法生产的无石棉垫片比抄取法生产的无石棉垫片成本稍高,一般高出50%-100%,因此在国内推广有一定价格压力。目前,一汽在变速器、桥等有一定压力的密封部位采用辊压法生产的无石棉垫片代替抄取法垫片,解决垫片碎裂导致的泄漏问题,取得了良好效果。同样采用矿山纤维增强,配方类似,抄取法生产的密封垫片和辊压法生产的密封垫片的性能对比见表4。

  柔性石墨是一种新型密封材料,也称可膨胀石墨,具有良好的弹性和回弹性、柔软性、耐高低温性、自润滑性、耐腐蚀、耐各种介质等特性。由于不含橡胶等成分,可以长期稳定使用而不会出现老化、脆裂等损坏。柔性石墨可以直接压制成柔软的垫片板材,但强度比较低,回弹性较差。所以一般石墨与金属材料复合使用,形成冲刺(网)钢板石墨垫片、金属缠绕石墨垫片、金属包覆石墨垫片等系列半金属高温垫片品种,强度高,回弹性好,耐高温高压,可以在300℃的环境下正常使用,最高可耐高温到500℃。但由于柔性石墨价格较高,行业中也有选用普通石墨进行密封的尝试。普通石墨质地较硬,压缩回弹性能差,不适合作为汽车密封垫片使用。

  冲刺(网)钢板石墨垫片是将镀锌钢板或不锈钢板冲刺或冲成网状,然后双面复合石墨等软质材料制成,见图6。金属包覆石墨垫片采用0.2-0.5mm厚的薄钢板,全包覆、半包覆或双层包覆在柔性石墨板材上形成复合垫片,见图7,也可以将石墨粘接到薄钢板上,形成石墨包覆钢板垫片,裁切成需要的形状,在工业上应用较多,但由于附着强度低于冲刺(网)钢板石墨垫片,因此在汽车上应用较少。金属缠绕垫片是由薄金属波形带与柔性石墨等非金属材料交替绕成螺旋状,将金属带的始末端点焊接制成,也称螺旋垫片,是一种回弹性优异的垫片结构,特别适用于负荷不均匀、温度与压力周期性变化、有冲击或振动的密封场合,见图8。

  柔性石墨复合金属垫片各种结构都在汽车发动机及附件系统高温高压密封部位上有所应用,典型性能见表5。目前已广泛应用于发动机气缸、排气系统、高温水管、SCR系统、EGR系统等具有高温的密封环境,具有良好密封效果,并且寿命高,应用可靠性好。

千赢国际


地址:临沂经济技术开发区香港路与山建路交汇处东南角

手机:



临沂千赢国际机械有限公司

联系电话:

05392650287

扫一扫

了解更多信息

Copyright © 2018 临沂千赢国际机械有限公司 版权所有