谈橡胶制品在汽车的使用与发展

1、谈橡胶制品在汽车的使用与发展朱则刚1摘要：汽车产销及保有量的增长促进了车用橡胶制品业的高速发展，汽车工业一直是橡胶制品的主要市场。尤其橡胶密封制品是汽车用橡胶制品中不可缺少的重要组成部分，是汽车中不可替代的一类特殊零件，分别起着密封、减振、隔音、制动等作用，对汽车正常行驶及行驶的舒适、安全性发挥重要的作用。根据橡胶弹性元件的组成、功用和基本性能，本文介绍了车用橡胶制品的用途与品种和橡胶部件可靠性，以及车用橡胶部件的损坏原因分析；同时指出了车用橡胶制品的发展趋势。关键词：车用橡胶制品 功用性能 发展趋势On the use of rubber products in the automotive

2、 and DevelopmentZhu zhai GangShiyan of Hubei Dong Feng auto corporation 442001Abstract: The volume of car sales and hold down the growth of the car with the rubber products industry to promote the rapid development of automobile industry has been a major market for rubber products. In particular, au

3、tomotive rubber seal products is an indispensable rubber products an integral part of the car can not be replaced one kind of special parts, respectively, play a seal, vibration, noise, braking and other effects on the vehicle to normal driving and traveling comfort, safety, play an important role.

4、Rubber elastic element according to the composition, function and basic properties, this paper describes the use of automotive rubber products, rubber components and the variety and reliability, as well as the vehicle causes damage to rubber components analysis; also pointed out that the car with th

5、e rubber products, trendsKeywords: function of vehicle rubber performance trends over汽车产销及保有量的增长促进了车用橡胶制品业的高速发展，一辆汽车除了钢材之外，还使用了许多橡胶制品，汽车橡胶制品约占汽车总成本的6左右。汽车工业一直是橡胶制品的主要市场。汽车橡胶制品一般是指除轮胎以外的各种橡胶制品，主要包括各种胶管、传动带、密封制品等。尤其橡胶密封制品是汽车用橡胶制品中不可缺少的重要组成部分，主要品种有骨架油封、形密封圈、密封胶条、制动皮碗、皮膜及各种垫片。每辆汽车需要的橡胶配件达100200种，数量有2005

6、00个之多。全球每年消耗生胶量的70以上都用于汽车行业，其中60用于轮胎，40用于汽车橡胶制品。这些产品依靠橡胶大分子本身的高弹性、可复原性大变形、气密性及粘弹性而发挥作用，是汽车中不可替代的一类特殊零件，分别起着密封、减振、隔音、制动等作用，对汽车正常行驶及行驶的舒适、安全性发挥重要的作用。1.橡胶弹性元件的组成、功用和基本性能(1)橡胶的组成。橡胶主要是以生胶为原料，加入适量的配合剂而制成。1)生胶(生橡胶)。生胶是橡胶工业的主要原料，按其来源可分为天然橡胶和合成橡胶两种。天然橡胶。是从热带橡胶树上采集的胶乳，经凝固、干燥、加压等工序而成的一种高弹性材料。加工后的天然橡胶通常呈片状固体，其

7、单体为异戊二烯。合成橡胶。主要以煤、石油和天然气为原料用化学合成方法获得。按其性质和用途，分通用和特种两大类。通用合成橡胶的性能与天然橡胶相近，物理性能、力学性能和加工性能较好。特种合成橡胶具有某种特殊性能，如耐热、耐寒、耐油及耐化学腐蚀等。合成橡胶种类较多，常用的有丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶等。2)配合剂。配合剂是为了提高和改善橡胶制品性能而加入的物质。主要有硫化剂、硫化促进剂、补强剂、软化剂、防老剂等。硫化剂的作用与塑料中的固化剂相类似，常用约有硫磺、氧化硫、硒等;硫化促进剂起加速硫化过程，缩短硫化时间的作用，常用的有氧化锌、氧化铝、氧化镁以及醛胺类有机化合物等;补强剂用以提高

8、橡胶的力学性能和耐磨、抗撕裂性能，常用的有炭黑、氧化硅、滑石粉等;软化剂能提高橡胶的柔软性和可塑性;防老剂主要是防止橡胶老化。(2)橡胶弹性元件的功用。橡胶是一种有机高分子材料，汽车上有许多零件是用橡胶制造的, 如风扇传动带、缓冲垫、油封、制动皮碗等。仅汽车轮胎一项,在汽车运输成本中就占了10%左右。因此，对汽车使用与维修人员来说，了解橡胶及其制品的基本知识是非常重要的。随着现代汽车使用性能要求的不断提高，人们对汽车的振动与噪声也提出了更高的要求，为了使汽车具有良好的舒适性，近年来国内外对发动机悬置系统进行了大量的分析与研究。由于橡胶弹性元件优越的减振降噪功能，汽车的结构系统使用了大量形状各异

9、，功能不同的橡胶支承元件；轿车、客车、货车等车辆的发动机悬置系统主要采用橡胶减振块。国外橡胶支承元件的设计开发技术已经比较成熟，国内在这方面则存在较大差距。为了掌握各种橡胶支承元件的设计开发技术，对发动机悬置中的橡胶减振块进行分析，对橡胶材料的特性参数进行研究具有重要的实际意义。现代汽车的发动机及其动力总成是通过悬置系统安装在汽车底盘上的，而大量汽车的悬置通常采用橡胶减振块。橡胶减振块承受着发动机的重量，在受各种干扰力作用的情况下，应能有效地限制其最大位移，以避免发生与邻近件的干涉，同时，它应具有良好的隔振作用：既要降低来自发动机的振动与冲击，也要降低来自路面的振动与冲击。因此橡胶减振块的功能

10、是：允许车架或车身扭转而不致给机身造成过大的残余应力，并防止给装置造成过大的残余变形，特别是对于四点支承型式；减少由发动机振动引起的结构噪声，并减小声波;防止由发动机振动引起的人体的不舒服及疲劳；防止部件的疲劳、损坏或误操作，诸如散热器、继电器、仪表等等。总的来说，橡胶减振块具有三大功能：支承、限位、隔振。橡胶减振块的结构形式通常为复合型、剪切型和压缩型3种。橡胶是一种高分子物质,是一种非线性材料，橡胶有弹性滞后现象，即在加载了一定时间以后才会产生最终变形。同样，卸载后，也要经过一些时间才能恢复。由于橡胶的变形是时间的函数,通常加载瞬时所确定的弹性模量为瞬态弹性模量,而加载后橡胶产生的最终变形

11、确定的模量为静态弹性模量。在计算橡胶减振块的静变形时,应采用静态弹性模量。动载荷是随时间变化的载荷，故动态弹性模量将大于静态弹性模量。(3)橡胶的基本性能。常见橡胶有如下的基本性能。1)极高的弹性。这是橡胶独特的性能，橡胶的伸长率可达100%1000%。橡胶在起初受负荷时变形量很大，但随外力的增设加, 橡胶又具有很强的抵抗变形的能力。因此，橡胶可作为减振材料, 用于制造各种减轻冲击和吸收振动的零件。2)好的热可塑性。橡胶在一定温度下失去弹性而具有可塑性,称为热可塑性。橡胶处于热可塑性状态时，容易加工成各种形状和尺寸的制品，而且当加工外力去除后，仍能保持该变形下的形状和尺寸。根据这一特性，可把橡

12、胶加工成不同形状的制品。3)有良好的黏着性。黏着性是指橡胶与其他材料黏结成整体而不分离的能力。橡胶有很强的吸附能力，能与其他材料黏结成整体，如汽车轮胎就是利用橡胶与棉、毛、尼龙等，牢固地黏结在起一起而制成的。4)良好的绝缘性。橡胶大多数是绝缘体，是制造电线、电缆等导体的绝缘材料。此外，橡胶还具有良好的耐寒、耐蚀和不渗漏水、气等性能。橡胶的缺点是导热性差，硬度和拉伸强度不高等，尤其是容易老化。橡胶老化是指橡胶在储存和使用中,其弹性、硬度、抗溶胀性绝缘性发生变化,出现变色、发黏、变脆及龟裂等现象。引起橡胶老化的主要原因是受空气中氧、臭氧的氧化以及光照(特别是紫外线照射)、温度的作用和机械变形而产生

13、的疲劳等。因此,为减缓橡胶制品老化，延长使用寿命，橡胶制品在使用和储存中应避免与酸、碱、油及有机溶剂接触，尽量减少受热和日晒、雨淋。2.车用橡胶制品的用途与品种汽车工业的发展可以带动国民经济许多部门的发展，但同时也需要许多相关行业与之配合，橡胶工业就是其中之一。橡胶是汽车上常用的一种材料，橡胶在汽车上用量最大的制品是轮胎，目前全世界生产的橡胶约有80%为制造轮胎所用。此外，橡胶还广泛用于各种胶带、胶管、减振配件以及耐油配件等。有资料显示，一辆汽车上的橡胶件有400500个，约占全车装备数量的2%左右;重约40kg，占车重45。如轮胎、连接软管、密封件、防震件、传动件、衬垫类等等。因此，了解车用

14、橡胶件的有关知识，对汽车驾修、检验人员来说是十分必要的。汽车橡胶制品产值约占汽车部件总产值的6。由此可见，汽车橡胶制品在汽车工业中，占有重要地位。汽车常用的橡胶制品有:传动带（V带、同步带）、各种胶管、密封制品（油封、密封胶条）、减震橡胶制品及安全气袋等几大类，近些年来，我国广大橡胶企业和科研单位在开发汽车用橡胶新产品，提高产品性能等方面做出了很大努力，特别是通过引进国外先进技术与设备，以及合资、合作等关系，使汽车用各种橡胶制品质量提高到了新水平，为引进车型配件国产化作出了贡献，但我国汽车橡胶制品整体生产技术水平与国外相比，仍存在较大差距。汽车常用橡胶的种类、特性及应用见表1。表13.橡胶部件

15、可靠性(1)确保橡胶部件可靠性。保证制品可靠性的方法有：预测发动机防振胶和主动轴衬套受负荷影响而产生的龟裂和破损等，再通过其累计损坏数来预测制品；通过计测发动机防振胶的特性下降来预测防振胶由于振动而产生的老化。第一种方法可用如下方法进行预测：掌握损坏的形式。掌握在现场产生损坏的现象和损坏的形式；分析损坏机理。弄清楚产生损坏的机理，查明产生损坏的原因和主要因素；明确假定性能。决定可防止制品损坏的性能，明确其特性值与损坏现象的关系；制作寿命曲线图。根据其结果确认小故障累积法则(简称米诺尔法)是否成立；实际寿命预测。根据上述的线型图和制品的假定特性预测寿命。在一般的情况下,用损坏部件和同等的部件在公

16、司内进行再试验,求出试验条件和反复试验次数,并以此作为实际使用条件。但是虽然掌握了市场的定位，但不能预测整体市场的负荷分布，也就是说，不清楚在实际使用中部件的损坏程度有多大。因此，为了预测实际使用中的部件损坏分布，有必要使顾客的使用方法模型化，尽可能地正确预测汽车在实际使用中所承受的负荷分布。(2)可靠性技术的现状。对橡胶部件材料的要求相当严格,因橡胶部件会受环境条件的影响和加速条件的制约，且开发周期短。另外，防振胶等的功能性部件既要满足顾客的要求，又要使其与车辆的整体性能平衡。然而，防振胶部件在技术上不能破坏车辆的性能要求，即使防振胶部件达到了性能要求，也往往不能达到车辆的要求。另外，如果开

17、发周期短，则会象过去那样，没有充足的时间通过试制车辆来调整性能。因此能够在最初阶段确定车辆的目标要求,并根据目标要求设计各种部件是重要的。(3)研究预测复合负荷的方法。橡胶部件会由于在现场的各种使用条件和环境条件变化而产生损坏，但是，无论是哪一种预测方法都是以预测单一负荷作用下的寿命为基础的。多数汽车橡胶部件往往是受复合因素的影响，即受机械作用和热、机械作用和臭氧、不同机械作用等复合因素的影响。在预测主动轴衬套寿命时，可用考虑机械作用(拉伸作用)与臭氧影响的S-N线型图分别算出寿命，最后通过合计求得部件的总寿命。4.车用橡胶部件的损坏原因分析产生汽车用橡胶部件损坏的原因,主要有因橡胶部件功能下

18、降而使油泄漏等的情况。例如因油封老化而使密封功能下降，进而引起油泄漏以及由于防尘罩龟裂和破损而不能维持防止灰尘侵入等的作用。另外，还会由于橡胶部件老化而不能维持原有的性能。发动机减振器和悬挂式按钮等的防振胶是具有代表性的汽车橡胶部件。这些橡胶部件会由于弹簧常数的变化而使防振性能恶化，进而使顾客的乘坐舒适性恶化。必须注意，补强剂、填充剂、防老剂、硫化促进剂、硫化促进助剂、硫化剂等相对生胶的重量百分比均对橡胶部件的性能有影响。特别是防老剂、尽管其添加量在1以下，但其对橡胶部件的寿命也会有很大的影响。在上述的橡胶部件疲劳、磨耗损坏中，有因普通的机械作用而产生的物理老化现象和因热、光、氧、臭氧等环境因

19、素影响而产生的氧化老化现象。特别是汽车用橡胶部件，其大部分会受热老化的影响。作为产生热原的具有代表性的汽车部件有发动机、排气管和刹车等。另外,主动轴衬套会因操作汽车方向盘时的机械拉伸作用和臭氧的相互影响而损坏衬套，在蛇形管的腹部会产生应力集中。此时，会因受臭氧的影响而使衬套的表面产生龟裂。仅机械力的作用也会使橡胶部件产生损坏。例如发动机防振胶会受道路和发动机驱动力的双重影响。因此，橡胶部件产生损坏的原因并不是受单一负荷的影响，而往往是受多种负荷的影响。5.车用橡胶制品的发展趋势汽车用橡胶零部件对汽车的防振、减噪、提高车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性等起着很大作用。汽车的通用橡胶材料用量比较大，但随

20、着近年来发动机趋于大功率、小型化方向发展，发动机周围的环境温度升高，排气控制法规要求更加严格，加之含醇燃料的使用，迫使橡胶零部件提高耐热、耐寒、耐油、耐老化等各项性能。所以，高性能特种合成橡胶的用量不断增加，汽车是这些特种合成橡胶的主要市场。因此，汽车用橡胶的胶种将向具有优良性能的特种胶方向发展。橡胶原材料的改进提高了橡胶配件的使用寿命，目前，油封寿命普遍超过25万公里，风扇带寿命达10万公里。据英国邓录普公司研究分析，在未来的汽车工业中，丙烯酸酯橡胶最具有发展前途，氟橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、氯醚橡胶和聚氨酯橡胶的用量也在日趋增加。目前，用丙烯酸酯橡胶制造的汽车配件主要有发动机油封、气缸盖

21、垫片、油冷却器软管、排气软管、变速箱、油封和各种型圈等。汽车上用的氟胶件已有水泵密封、阀杆密封、曲轴后油封、单阀膜片、胶管和气缸套O型密封圈等。预计，除气缸垫外，各种垫片最终可能都要用硅橡胶制成。我国汽车专用橡胶的品种规格少，且质量不稳定，工艺性能差，不能满足汽车用橡胶的需求，尤其是引进车型橡胶制品的国产化所需橡胶原材料更是缺少，只有靠进口，且主要需进口丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶、氢化丁橡胶、耐油性硅橡胶、丁基橡胶、热塑性橡胶和氟橡胶等7种橡胶。近年来汽车橡胶制品发展的主要特点和动向如下。普遍实现高性能化和高功能化。目前企业正在积极研制开发新车型所需的新型橡胶制品，不断改进现有产品的性能。如汽

22、车用V带，现在已改用氢化丁腈胶制造；在汽车减震橡胶制品方面，高功能的充液发动机垫和轴套，以橡胶弹性体做流体密封膜，受震动时橡胶弹簧发生变形，从而起到缓冲作用；美国研制成功的填充聚四氟乙烯复合材料油封，成功解决了发动机漏油、漏水问题，同时极大提高了汽车技术性能。新型原材料开发应用进展迅速。特种橡胶如氟橡胶在汽车上的推广应用，使其成为近年来汽车上使用的特种橡胶中用量增长最快的胶种之一。氟橡胶在汽车工业主要用于发动机阀杆密封、气缸套密封、离合器密封、燃油泵密封及燃油胶管内层胶等；氢化丁腈橡胶耐热、耐油性能优异，耐老化及耐多种介质，是丁腈橡胶的换代产品，目前在高性能汽车配件中应用日益广泛，主要用做汽车

23、同步带底胶，高性能V带底胶、汽车各种胶管内层胶、接触燃油的密封件等；丙烯酸酯橡胶价格较为适中，耐热油和热氧老化性能优良，近年来成为汽车工业着重开发推广的一种密封材料，主要用做耐高温油封、减震部件和液压胶管；国外汽车节能环保的热塑性弹性体（TPE）材料用量增长很快，一些原来用氯丁胶、三元乙丙胶制造的橡胶部件已经或正在改用TPE制造。工艺设备革新取得新进展。炼胶是橡胶加工的最基本工艺，目前少数大型汽车橡胶制品厂炼胶系统已趋大型化和智能化，但绝大多数的中小型企业不可能配置庞大的高度自动化炼胶设备，为此国外已专门形成了生产各种混炼胶、母炼胶的胶料制造行业；压出成型一体化的典型工艺是胶管自动生产线，以LPC微机控制整个工序，彻底解决了多年存在的管壁