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柔性PTFE唇片油封的研制与应用_胡志根

时间:2021-10-12 00:30:14 来源:学生联盟网

SHOPSOLUTION生产现场柔性PTFE唇片油封的研制与应用随着现代汽车密封技术的不断发展,旋转轴油封采用的新材料、新工艺不断涌现。利用PTFE (聚四氟乙烯)材料耐高低温性、耐油性和耐磨性较好的特点,将其应用在油封 上,解决了高负荷、高转速、大功率发动机用油封寿命短、可靠性差的问题,使PTFE油封在短时间内得到了迅速的推广使用。本文介绍了PTFE油封的结构特点、材料改性、工艺技术和应用情况,旨在为汽车和密封行业的专家及技术人员提供参考。.浙江欧福密封件有限公司 胡志根油封要在发动机的任何工况下具 有较好的密封性和工作可靠性,就必 须能够承受高的线速度、大负荷、耐 高温和低温的工作条件,并具有接触 摩擦阻力小、磨损小、耐介质、强度 好和使用寿命长等性能。汽车行业一 直沿用的橡胶骨架油封广泛采用了丁 腈橡胶和氟橡胶,这些橡胶材料都有 耐磨性能差、使用寿命短、对轴的偏 心反应特别敏感等不良共性,泄漏现 象比较普遍。20世纪80年代初,美 国Mather、National等公司相继研制 成功用填充聚四氟乙烯(PTFE )油封代替唇形橡胶油封,成功解决了橡 胶骨架油封的漏水和漏油问题。美国康明斯发动机公司的曲轴油 封就是采用PTFE制作的,该油封符 合CFS标准(ISO6194 ),油封唇 口采用特种填充PTFE材料。在康明 斯曲轴油封国产化的过程中,欧福 密封件有限公司与主机厂和一些研 究院所密切合作,经过反复试验,成功研制出填充改性 PTFE油封,而 且通过了国家机械部和东风康明斯 发动机公司的鉴定。1 PTFE油封的结构目前国内外大部分商用车发动 机油封已采用PTFE油封。为适应多 种车型和发动机机型的使用工况,油封结构也发展岀多种型式,主要 有两种基本结构,即组合式(压合 式)和粘结式。主密封唇回油螺纹 线按加工分为车削式和模压式,按 结构分为单面回油螺纹线和双面回 油螺纹线。组合式PTFE油封由内、外金 属骨架和PTFE主、副唇片以及橡 胶密封垫组成。在足够的压力下,双骨架压合 PTFE主、副唇片,橡 胶垫则起到密封主、副唇片与骨架 之间的压紧间隙的作用。组合式 PTFE油封对压合工艺要求严格,因为骨架间压合不紧时易发生层间 的内漏。在主密封唇端面上车制的反旋螺纹线”回油纹,在曲轴开始旋转后 会自然产生 泵吸”引力,在油封前端 形成一定的压力差(箱内压力低、箱外压力高),从而阻止轴表面的 油膜层向外渗漏,这种流体动力型 密封具有良好的密封性能。欧福公司生产的组合式PTFE油封较多用于重型车发动机和低转速 柴油机上。在粘结式油封研制生产 以前,大部分发动机均使用这种油 封,如东风康明斯发动机曲轴油封 和玉柴、大柴、扬柴、江铃汽车发 动机油封及上海柴油机厂各种型号 的发动机油封等。粘结式PTFE油封是将PTFE主 唇与橡胶在高温、高压下直接硫化 粘结,这种粘结很牢固。在硫化模 具中形成带橡胶副唇的外包胶骨架 PTFE油封,根据需要,还可在橡胶 副唇外粘合毛毡。PTFE唇片的表面 要经过活化处理以便与骨架粘结。主密封唇端面的“反旋螺纹 线”回油纹由模具压制而成,除了 与车制回油线具有相同的流体动力 型密封效果外,还实现了面密封与 线密封的有机结合、降低了对轴的 磨损和发动机起动时的功耗,尤其 是模压双面回油螺纹线结构提高了 唇片的柔韧性和动态追随性,可满 足30 m/s的高线速度要求。利用毛毡的透气性,将柔性 PTFE油封的毛毡副唇做成与轴过盈 配合,既能使主、副唇间不形成真 空,又能防止泥水进入油封腔体破 坏主唇片,减轻了对轴的磨损。粘 结式PTFE油封消除了组合式 PTFE 油封可能存在的内漏隐患,使密封 更可靠。采用不同的主唇片材料和2008年第1期festfrv tid.h I Le //w ww工 nki.HL64 汽车工艺与材料ATM01 j China Academic Journal EkctroniL Publishing HouSHOPSOLUTION生产现场回油螺纹线结构的粘结式PTFE油封可广泛用于各种汽车发动机。目前 国外应用最多的就是粘结式PTFE油封,我国汽车发动机油封正处于从 组合式PTFE油封向粘结式 PTFE油 封全面升级的过程中。欧福公司模压、单面回油螺纹 线粘结式柔性PTFE唇片油封多用于 重型车发动机,模压、双面回油螺 纹线粘结式柔性PTFE唇片油封用于 轿车以及高速运转的发动机。2 PTFE唇片材料的研制2.1聚四氟乙烯材料的特性四氟乙烯单体的共聚物具有下 列优点。1 化学稳定性耐强酸、强碱、强氧化剂及有 机溶剂等。2 热稳定性热分解解温度在400 C以上。因此,能够在-200300 C范围内正 常工作。3 减摩性PTFE的摩擦系数极低仅0.020.04 ,是橡胶的 1/40。4 自润滑性PTFE具有突出的自润滑性,几 乎所有的粘性物质都不能粘附到它 的表面。2.2 PTFE唇片材料的改性由于纯PTFE存在冷流动性大、硬度高、韧性差等缺点,要满足汽 车及发动机油封对密封唇的要求,必须对其进行填充改性。在PTFE里加入二硫化钼、玻璃纤维、碳纤 维、石墨等耐磨物质,使它们在 PTFE层状结构中形成网状节点,从 而在保持PTFE原来优良性能的基础 上,提高了材料的刚度、导热性、耐磨性和抗蠕变性在负荷下的尺 寸稳定性。3柔性PTFE油封的研制和 应用欧福公司专业研究填充改性 PTFE油封配方十几年,近几年研制并 生产岀柔性PTFE唇片油封,是国内近 20余家大型汽车发动机公司的OEM。欧福公司生产的柔性聚四氟乙 烯油封专利号 ZL02256159.5是在装配式油封基础上开发的新一 代油封,又称粘结式聚四氟乙烯油 封。该油封具有耐热、耐寒、耐 候、耐溶剂、耐药品性优良、自润 滑性好和摩擦系数低等优异性能,比传统橡胶油封有许多优势。世界著名的密封件生产公司一一德国FREUDENBERG 公司率先研制 成功了粘接式聚四氟乙烯油封,问世 不久就被桑塔纳、捷达、奥迪等汽车 发动机所采用。欧福公司聘请上海化 工厂等单位的有关专家和教授,在吸 收国外先进技术的基础上,经过大量 的研究和试验,解决了 PTFE作为油 封主体材料的三大技术难题。1 粘接技术PTFE的特殊结构导致其不易粘 接。采用特殊的表面处理工艺,彻 底解决了聚四氟乙烯与橡胶及金属 的粘接问题。2 一次成型技术油封成型要求橡胶硫化、聚四 氟乙烯与橡胶的粘接、回油线形成 同步完成。采用先进的生产工艺一 次成型。3 优化了密封技术解决了面密封与线密封的结合 问题。三大技术难题的解决,使欧福 公司研制的柔性聚四氟乙烯油封具 有国际先进水平,其特点如下。1 采用TNJ特殊的表面处理工 艺彻底解决了聚四氟乙烯与橡胶及金属的粘接问题,使聚四氟乙烯油封 不会因为唇片脱粘而失效。该产品 在-35180 C的区间内交替试验 6个 月后,其剥离强度仍8 kN/m 2。2 一次成型工艺使油封内、外径的同轴度大幅度提高可控制 在0.05 mm 之内,克服了传统橡 胶油封内、外径同轴度差的缺陷,提高了油封的耐偏磨性。经试验验 证,其耐偏磨可达0.60.8 mm。3 独特的双面回油线结构 实现了面密封与线密封的有机结 合,降低了轴的磨损和发动机起动时的功耗。新增的背面回油线既改 善了主唇片的弹性、提高了主唇片 的随动性可满足 30 m/s的高速要 求,又加强了对润滑油的冷却。4 副唇片采用毛毡进行防 尘,提高了防尘效果。5 对聚四氟乙烯材料进行改 进,提高了材料的强度和耐磨性,减小了摩擦系数,使油封更具有耐 久性。由欧福公司配套供货油封的主 机厂如东风康明斯、上柴6114、斯太尔、中国重汽、卡特匹勒、江 铃五十铃、东风雷诺、一汽大柴道 依茨、广西玉柴、云内动力、一汽 无锡柴油机厂、朝阳柴油机、一拖 洛阳柴油机公司等目前正分 阶段从组合式 PTFE油封向粘结式 PTFE油封过渡和升级,柔性PTFE油封已在上述主机厂批量装机。4结束语填充PTFE油封是一种技术含量 较高的产品,是油封今后的发展方 向。欧福公司通过对 PTFE进行填充 改性,已经将其应用领域成功地拓 展到汽车动力转向器的密封件、空 调压缩机油封和变速器密封件等产 品上,取得了良好的密封效果。2008年第1期汽车工艺与材料ATM 65 ublishing HoumSj All rights fcscrved- http ki