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密封件技术的创新发展
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 广州机械科学研究院 黄兴< 点击:
橡塑是机械产品的重要基础元件,其制造精度要求较高,随着我国汽车制造和汽车保有量的快速增长,密封件产品无论在结构上还是材料上都需要高精的技术和装备支撑。近年来,我国密封件专业生产中的部分企业顺应市场定位,及时调整产业结构和产品结构,迅速发展壮大。在快速提高产值产量的同时,在生产和检测实验装备上也做了较大投入。
◆ 橡塑密封材料发展动向
橡塑密封件常用的丁腈、氢化丁腈、氟、丙烯酸酯橡胶、聚四氟乙烯等特种橡塑材料的配方及加工工艺研究，提高材料适用性能和利用率依然是工作重点。纳米材料的应用将提升橡塑材料的力学性能和特殊功能。今年4月1日国家标准化委员会颁布执行的我国首批四项纳米材料国标中，有一项就是橡胶用“纳米氧化锌”标准。
特种工程弹性体取代低性能耐油橡胶；对橡胶亮面进行表面处理；通过纳米技术对橡塑材料改性及应用液体橡胶材料，近年都取得了一些进展。特别是近期一些新材料应用，对橡塑密封技术起了极大的推动作用。
我国在密封件中应用相对较弱的热塑性弹性体(TPE)具有硫化橡胶的物理性能和热塑性树脂的工艺加工性能，成型工艺不需要硫化，因而被作为第三代橡胶。主要品种中的TPO、TPV、TPU在世界已得到广泛应用: TPV在汽车的应用年均增长15%，一般是EPDN和PP的全交联化合物，其综合了高拉伸强度、耐油耐热等性能，可长期耐150℃热油工况条件，可用于替代EPDM生产汽车密封件等制品；TPO目前用的较多的是三元乙丙与聚乙烯组分构成,生产工艺有机械共混法和动态硫化法。动态硫化法生产的TPO中。橡胶组分高达60～70%,耐磨性、耐臭氧、撕裂强度高、压缩变形小，综合性能优于三元乙丙硫化橡胶。
美国、西欧和亚洲均在继续增建TPO生产装置；TPU兼具有塑料优良的加工性能和橡胶的物理性能，其耐磨、耐低温性、耐辐射性能优良，在汽车、航空航天、医疗卫生、生活用品、军用物资等行业应用均有很大进展，TPU可广泛用于汽车减震垫、轴衬、轴瓦、轴套、气囊等零部件。
◆ 国内外企业推出的新材料
1、全氟橡胶FFKM
耐高温（250℃～320 ℃),耐燃气和强烈的化学腐蚀，弹性好，压缩永久变形低，弹性好等优点,适应一些十分苛刻的工况条件。 在化工、食品、印刷、半导体等行业应用。Parker、Evco等公司推出。
2、氟塑料包覆橡胶产品
FEP(氟化丙烯)和PFA(全氟化合物）等氟塑料品种，包覆橡胶O型圈和橡胶垫片（如板式换热器密封）,提高橡胶产品耐介质性能（溶剂、强酸、强碱），上海亿冈、 EVCO、Fluorten等公司推出。
3、独特的聚氨酯材料
PU 92 AU 21100 良好的润滑性，耐超低温性能达到20K（－253℃）应用耐超低温工况。Simrit独家推出。
4、聚四氟乙烯（PTFE）复合与改性
为了克服PTFE的冷流性、导热性差等缺点，减少产品磨损，采用PTFE材料为基体与碳纤维、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK），聚苯硫醚（PPS）等材料复合，开发无油润滑密封件（活塞环、导向环、填料环），在中高压无油润滑压缩机广泛应用。广研密封开发的该类密封件，用在国内多家知名压缩机。
膨体聚四氟乙烯的应用，膨体聚四氟乙烯经拉伸、膨化后形成的具有强韧而多孔型、高度纤维化的新材料，不但保持了聚四氟乙烯本身独特的化学稳定性、极低的摩擦系数、广阔的操作温度，而且它的微纤维化内部结构更使其制品具有超乎想象的坚韧性。
◆ 新的产品结构
近年来，随着人们对密封技术的重视，新的密封结构不断涌现，在技术水平、质量水平、性价比等方面满足国内市场需求并推向国际市场。
1、 新型油封：该油封配备有测试密封（旋转密封）泄露量的传感器，可用于设备泄露的在线状态检测，由Simrit独家推出；
2、 Evd密封系统：油缸密封件磨损和变形后，通过一个专用装置，调节密封件（弹性体）的内部压力，消除泄露，用于可靠性要求非常高的装备（如伺服油缸、水利油缸）。由Hunger公司推出；
3、采用新型SETCO AirShieldTM密封的主轴集成了摩擦密封与迷宫式密封的优点。压缩空气切向送入固定前轴承座的循环槽，与主轴一起构成一个封闭的迷宫。空气在槽内环绕主轴流动。类似于涡流的运动会产生均匀的压力，以均匀的流量散发气流。其与柔性密封唇结合，外泄气流会将污物从主轴，主要是轴承处吹走；
4、聚四氟乙烯密封件的结构创新：PTFE密封件衍生出许多新结构,应用于往复密封、旋转密封、静密封, 如AQ封、PTFE-V型圈、泛塞封等密封系统用主密封。
◆ 制造装备及检测仪器有新的发展
密封件生产装备和检测技术正朝着自动化、低成本、高可靠性的方向发展。
在胶料混炼装备上，配备自动配料和混炼过程全自动控制的密炼机系统，有效实现节能高效，减少对环境的污染，同时制造出高品质的混炼胶料。为了提高密炼效果和效率，制造商研究重点放在密炼机转子形状上。日本神户炼钢厂和法雷儿公司分别开发了4WH转子和ST转子密炼机，日本三菱重工开发的GK-E转子侧重生产效率。
成型工艺方面，国外广泛应用高效、先进、高品质的橡胶注射成型加工技术。生产小制品的螺杆往复注射机、大规格制品用螺杆柱塞式注射机，均有效提高密封件外观质量和性能、节省原料。Paker公司生产O型圈，采用注射机做出飞边很小的产品，配合液氮冷冻修边、塑料粒修边及水石洗三道工序，产品外观达到了相当高的水平。
硫化工艺装备方面，目前国内许多密封件厂家装备了真空平板机和注射机，对于普通平板硫化机也进行循环油加热改造，以保证工艺稳定性。
奥地利的爱科诺莫斯公司，在密封圈传统制作上有较大的突破。该公司生产密封件的机加工设备,可采用机加工的方式生产密封件,适用于多种材料密封件生产,其市场份额正逐年扩大。
同时厂家亦很重视设计软件的二次开发，具备良好的模具型腔材料的加工流动性分析能力，加工制造方面已普遍采用了数控装备模具的精度，表观质量均达到相当高的水平。大大地促进了我国橡塑密封行业的技术发展。
检测技术方面，最新的发展是采用光学系统，如：Freudenbezy等公司采用KMK公司开发的第三代新型光学系统，完全取代了人工检测，成功将密封件的质量检测完全集成到生产过程中，这种图像处理系统达到了极高的检测速度和检测精度，可检测密封件表面最微小的缺陷，如裂缝、气泡、杂质和滑移线等。
国内密封件企业也引进了测量油封唇口张力为主要依据的油封检测装置，以检测气压变化测量油封唇口密封性能的气敏检测仪（意大利），具有较高的检测速率，每小时可检测1200-1800个油封。
在加工制造方面已普遍采用了，专业模具制造公司已基本实现全数控化。模具的精度、表观质量均达到相当高的水平。目前，国内橡塑密封件企业中也有不少企业装备了数控加工设备，在模具设计和加工应用CAD/CAM方面积累了不少经验。
机械工业发展基础装备、能源设备、交通运输设备、原材料工业设备、现代农业设备、环保设备、绿色制造技术与装备等七大装备制造业领域和加强基础工艺及共性技术研究的同时，还将从微纳制造技术为切入点，落实绿色制造的科学发展观，扩展延伸服务内涵，使制造业迈向高级化。为了适应机械工业发展目标，橡塑密封件行业企业发展应注重品牌意识、环保意识和标准化。加强自主知识产权产品的研发，推动行业共性技术进步。
◆ 创立民族品牌，推进服务高级化
我行业目前依然以量大面广的普通结构产品为主，存在高度同质化。在创立品牌方面，我们没有一个像“派克（Parker）”、“霞板（Busak+Shamban）”那样知名的品牌，甚至还没有一个国家级的著名商标。没有过硬的品牌效应，用户不易区分各企业产品质量水平。所以，在同类产品选择时往往以价格为主要选择因素，导致我行业内部相互打压，利润空间越来越小的恶性循环。
◆ 加强绿色制造技术的应用
绿色制造技术是实施ISO14001的技术基础；采用绿色设计技术；采用清洁能源，杜绝或减少有害排放；采用节能工艺，提高能源利用率；采用精密成型工艺，提高材料利用率；无毒、低毒工艺材料及工艺，将有害排放降至最少；低震动、低噪声、低辐射工艺装备；废弃物再生回用；末端治理、达标排放。
◆ 标准化体系建设
标准化体系建设是企业生产、经营、管理的重要组成部分，是组织现代社会化大生产的必要条件，是实现专业化生产的前提，有利于加快新产品的研发、缩短生产周期，可以使企业节约原材料和能耗，是稳定和提高产品质量的重要保证，是实现科学和现代化管理的基础，是持续改进的重要途径，是保障生产安全、强化环境管理的重要措施，有利于建立信息系统、利用信息技术、实现技术进步。
◆ 加速专业化、特色化生产
当前，我国橡塑密封企业大多着力于抓眼前效益。只要是客户需要，无论规模大小，无论收益多少，有活就干，有生意就做。至于行业分工、自身特色和特长，往往不太在意。形成了百厂一个样的行业环境，低水平重复，没有突出竞争优势，难以形成最佳经济效益模式。制约了企业和行业发展，不利于长远发展。因此，企业在寻求当前经济效益的同时，要放眼长远，加速实现专业化、特色化生产。
◆ 完善技术研究平台
我国政府十分重视和鼓励技术研究平台建设，这是因为凡是得到高速发展的新技术无一不依靠技术研究平台发挥巨大作用。这一点在基础行业还比较薄弱。我国橡塑密封件建立有标准化委员会、气动密封件工业协会，尚未建立国家级橡塑密封工程技术研究开发中心及其技术创新体系，缺少行业技术平台，使许多主机厂无法及时找到技术支持。
总而言之，随着我国机械工业的迅猛发展，特别是汽车工业和电子通讯业的发展，我国橡塑密封件行业已具有了不可替代的现实意义和行业发展的深远内涵。
在新的国际环境下，全球橡塑密封件制品制造基地将不断向我国转移。我国橡塑密封件产业也将迎来一个跨越式的发展时期，也必将为我国新型工业化发展做出更大的贡献。
国际橡胶商情(end)
图1：冶金行业DF密封圈
◆ 橡塑密封材料发展动向
橡塑密封件常用的丁腈、氢化丁腈、氟、丙烯酸酯橡胶、聚四氟乙烯等特种橡塑材料的配方及加工工艺研究，提高材料适用性能和利用率依然是工作重点。纳米材料的应用将提升橡塑材料的力学性能和特殊功能。今年4月1日国家标准化委员会颁布执行的我国首批四项纳米材料国标中，有一项就是橡胶用“纳米氧化锌”标准。
特种工程弹性体取代低性能耐油橡胶；对橡胶亮面进行表面处理；通过纳米技术对橡塑材料改性及应用液体橡胶材料，近年都取得了一些进展。特别是近期一些新材料应用，对橡塑密封技术起了极大的推动作用。
我国在密封件中应用相对较弱的热塑性弹性体(TPE)具有硫化橡胶的物理性能和热塑性树脂的工艺加工性能，成型工艺不需要硫化，因而被作为第三代橡胶。主要品种中的TPO、TPV、TPU在世界已得到广泛应用: TPV在汽车的应用年均增长15%，一般是EPDN和PP的全交联化合物，其综合了高拉伸强度、耐油耐热等性能，可长期耐150℃热油工况条件，可用于替代EPDM生产汽车密封件等制品；TPO目前用的较多的是三元乙丙与聚乙烯组分构成,生产工艺有机械共混法和动态硫化法。动态硫化法生产的TPO中。橡胶组分高达60～70%,耐磨性、耐臭氧、撕裂强度高、压缩变形小，综合性能优于三元乙丙硫化橡胶。
美国、西欧和亚洲均在继续增建TPO生产装置；TPU兼具有塑料优良的加工性能和橡胶的物理性能，其耐磨、耐低温性、耐辐射性能优良，在汽车、航空航天、医疗卫生、生活用品、军用物资等行业应用均有很大进展，TPU可广泛用于汽车减震垫、轴衬、轴瓦、轴套、气囊等零部件。
◆ 国内外企业推出的新材料
1、全氟橡胶FFKM
耐高温（250℃～320 ℃),耐燃气和强烈的化学腐蚀，弹性好，压缩永久变形低，弹性好等优点,适应一些十分苛刻的工况条件。 在化工、食品、印刷、半导体等行业应用。Parker、Evco等公司推出。
2、氟塑料包覆橡胶产品
FEP(氟化丙烯)和PFA(全氟化合物）等氟塑料品种，包覆橡胶O型圈和橡胶垫片（如板式换热器密封）,提高橡胶产品耐介质性能（溶剂、强酸、强碱），上海亿冈、 EVCO、Fluorten等公司推出。
3、独特的聚氨酯材料
PU 92 AU 21100 良好的润滑性，耐超低温性能达到20K（－253℃）应用耐超低温工况。Simrit独家推出。
4、聚四氟乙烯（PTFE）复合与改性
为了克服PTFE的冷流性、导热性差等缺点，减少产品磨损，采用PTFE材料为基体与碳纤维、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK），聚苯硫醚（PPS）等材料复合，开发无油润滑密封件（活塞环、导向环、填料环），在中高压无油润滑压缩机广泛应用。广研密封开发的该类密封件，用在国内多家知名压缩机。
膨体聚四氟乙烯的应用，膨体聚四氟乙烯经拉伸、膨化后形成的具有强韧而多孔型、高度纤维化的新材料，不但保持了聚四氟乙烯本身独特的化学稳定性、极低的摩擦系数、广阔的操作温度，而且它的微纤维化内部结构更使其制品具有超乎想象的坚韧性。
◆ 新的产品结构
近年来，随着人们对密封技术的重视，新的密封结构不断涌现，在技术水平、质量水平、性价比等方面满足国内市场需求并推向国际市场。
1、 新型油封：该油封配备有测试密封（旋转密封）泄露量的传感器，可用于设备泄露的在线状态检测，由Simrit独家推出；
2、 Evd密封系统：油缸密封件磨损和变形后，通过一个专用装置，调节密封件（弹性体）的内部压力，消除泄露，用于可靠性要求非常高的装备（如伺服油缸、水利油缸）。由Hunger公司推出；
3、采用新型SETCO AirShieldTM密封的主轴集成了摩擦密封与迷宫式密封的优点。压缩空气切向送入固定前轴承座的循环槽，与主轴一起构成一个封闭的迷宫。空气在槽内环绕主轴流动。类似于涡流的运动会产生均匀的压力，以均匀的流量散发气流。其与柔性密封唇结合，外泄气流会将污物从主轴，主要是轴承处吹走；
4、聚四氟乙烯密封件的结构创新：PTFE密封件衍生出许多新结构,应用于往复密封、旋转密封、静密封, 如AQ封、PTFE-V型圈、泛塞封等密封系统用主密封。
◆ 制造装备及检测仪器有新的发展
密封件生产装备和检测技术正朝着自动化、低成本、高可靠性的方向发展。
在胶料混炼装备上，配备自动配料和混炼过程全自动控制的密炼机系统，有效实现节能高效，减少对环境的污染，同时制造出高品质的混炼胶料。为了提高密炼效果和效率，制造商研究重点放在密炼机转子形状上。日本神户炼钢厂和法雷儿公司分别开发了4WH转子和ST转子密炼机，日本三菱重工开发的GK-E转子侧重生产效率。
成型工艺方面，国外广泛应用高效、先进、高品质的橡胶注射成型加工技术。生产小制品的螺杆往复注射机、大规格制品用螺杆柱塞式注射机，均有效提高密封件外观质量和性能、节省原料。Paker公司生产O型圈，采用注射机做出飞边很小的产品，配合液氮冷冻修边、塑料粒修边及水石洗三道工序，产品外观达到了相当高的水平。
硫化工艺装备方面，目前国内许多密封件厂家装备了真空平板机和注射机，对于普通平板硫化机也进行循环油加热改造，以保证工艺稳定性。
奥地利的爱科诺莫斯公司，在密封圈传统制作上有较大的突破。该公司生产密封件的机加工设备,可采用机加工的方式生产密封件,适用于多种材料密封件生产,其市场份额正逐年扩大。
同时厂家亦很重视设计软件的二次开发，具备良好的模具型腔材料的加工流动性分析能力，加工制造方面已普遍采用了数控装备模具的精度，表观质量均达到相当高的水平。大大地促进了我国橡塑密封行业的技术发展。
检测技术方面，最新的发展是采用光学系统，如：Freudenbezy等公司采用KMK公司开发的第三代新型光学系统，完全取代了人工检测，成功将密封件的质量检测完全集成到生产过程中，这种图像处理系统达到了极高的检测速度和检测精度，可检测密封件表面最微小的缺陷，如裂缝、气泡、杂质和滑移线等。
国内密封件企业也引进了测量油封唇口张力为主要依据的油封检测装置，以检测气压变化测量油封唇口密封性能的气敏检测仪（意大利），具有较高的检测速率，每小时可检测1200-1800个油封。
在加工制造方面已普遍采用了，专业模具制造公司已基本实现全数控化。模具的精度、表观质量均达到相当高的水平。目前，国内橡塑密封件企业中也有不少企业装备了数控加工设备，在模具设计和加工应用CAD/CAM方面积累了不少经验。
图2：各式各样的密封产品
机械工业发展基础装备、能源设备、交通运输设备、原材料工业设备、现代农业设备、环保设备、绿色制造技术与装备等七大装备制造业领域和加强基础工艺及共性技术研究的同时，还将从微纳制造技术为切入点，落实绿色制造的科学发展观，扩展延伸服务内涵，使制造业迈向高级化。为了适应机械工业发展目标，橡塑密封件行业企业发展应注重品牌意识、环保意识和标准化。加强自主知识产权产品的研发，推动行业共性技术进步。
◆ 创立民族品牌，推进服务高级化
我行业目前依然以量大面广的普通结构产品为主，存在高度同质化。在创立品牌方面，我们没有一个像“派克（Parker）”、“霞板（Busak+Shamban）”那样知名的品牌，甚至还没有一个国家级的著名商标。没有过硬的品牌效应，用户不易区分各企业产品质量水平。所以，在同类产品选择时往往以价格为主要选择因素，导致我行业内部相互打压，利润空间越来越小的恶性循环。
◆ 加强绿色制造技术的应用
绿色制造技术是实施ISO14001的技术基础；采用绿色设计技术；采用清洁能源，杜绝或减少有害排放；采用节能工艺，提高能源利用率；采用精密成型工艺，提高材料利用率；无毒、低毒工艺材料及工艺，将有害排放降至最少；低震动、低噪声、低辐射工艺装备；废弃物再生回用；末端治理、达标排放。
◆ 标准化体系建设
标准化体系建设是企业生产、经营、管理的重要组成部分，是组织现代社会化大生产的必要条件，是实现专业化生产的前提，有利于加快新产品的研发、缩短生产周期，可以使企业节约原材料和能耗，是稳定和提高产品质量的重要保证，是实现科学和现代化管理的基础，是持续改进的重要途径，是保障生产安全、强化环境管理的重要措施，有利于建立信息系统、利用信息技术、实现技术进步。
◆ 加速专业化、特色化生产
当前，我国橡塑密封企业大多着力于抓眼前效益。只要是客户需要，无论规模大小，无论收益多少，有活就干，有生意就做。至于行业分工、自身特色和特长，往往不太在意。形成了百厂一个样的行业环境，低水平重复，没有突出竞争优势，难以形成最佳经济效益模式。制约了企业和行业发展，不利于长远发展。因此，企业在寻求当前经济效益的同时，要放眼长远，加速实现专业化、特色化生产。
◆ 完善技术研究平台
我国政府十分重视和鼓励技术研究平台建设，这是因为凡是得到高速发展的新技术无一不依靠技术研究平台发挥巨大作用。这一点在基础行业还比较薄弱。我国橡塑密封件建立有标准化委员会、气动密封件工业协会，尚未建立国家级橡塑密封工程技术研究开发中心及其技术创新体系，缺少行业技术平台，使许多主机厂无法及时找到技术支持。
总而言之，随着我国机械工业的迅猛发展，特别是汽车工业和电子通讯业的发展，我国橡塑密封件行业已具有了不可替代的现实意义和行业发展的深远内涵。
在新的国际环境下，全球橡塑密封件制品制造基地将不断向我国转移。我国橡塑密封件产业也将迎来一个跨越式的发展时期，也必将为我国新型工业化发展做出更大的贡献。
国际橡胶商情(end)
