氟橡胶密封件在汽车上的应用

1．燃油胶管内层的氟橡胶材料
近年来，随着汽车尾气排放标准的提高，汽车发动机橡胶制品的耐热性和耐劣化汽油性也相应得到提高。这是因为发动机结构的改变使机罩内部温度明显升高：采用燃料喷射系统提高油料的燃烧效率导致了燃料的进一步氧化。因此，要求燃料系统配管拦橡胶制品必须具有高温耐热氧化性及耐劣化汽油性。
随着无铅汽车和电喷装置等在汽车上的推广使厢，燃油胶管的结构和材料变化较大，内胶层已发展到用氟橡胶等代替丁腈橡胶，为了降低燃油渗透率和进一步改进耐热性，内胶层多采用复合结构，即由氟橡胶与氯醇橡胶或丙烯酸酯橡胶组成，由于氟橡膨价格昂贵，因此氟橡胶层比较薄，均为0.2-0.7mm，这种结构的燃油胶管已成为国外汽车零部件中采用的主流产品。目前，我国也已经开发出这种氟橡胶为内层的燃油胶管，并已在桑塔纳、奥迪、捷疹、富康等轿车上广泛推广应用。
日本大金工业开发出了新型氟材料“DaielFluo-roTPV”。该材料兼具两大特点，具有弯曲、扭曲等可动材料所需要的“柔软性”，同时对于汽车燃料中含有的碳化氢等具有“低透过性”。2008年5月下旬开始销售。该材料主要用于汽车燃料软管中的橡胶。目前，汽车燃料软管采用的是内侧为丁腈橡胶、外侧为氟橡胶的双层结构，今后可以将新产品夹在中间，构成三层结构。这样便能够抑制大气污染源——碳化氢等的渗透。有望作为汽车领域的一项环保护措施，防止燃料蒸发。另外，目前层叠橡胶材料需要粘着剂，因此容易变硬，而新材料只需重叠印可成型，不会牺牲柔软性。新材料只需加热即可轻松成形，不再需要橡胶成型工序所需要的提高强度和耐热性的后处理（加硫）工序。与该公司以往的氟橡胶相比，可将汽车燃料的渗透量降至约1/20。以表面积1cm2、厚度1mm的薄膜状产品作为试料，测量每天渗透的汽车燃料得到的结果显示，现有产品的渗透量为0.015-0.03g，而新产品只渗透0.0008g。试验是采用体积比为甲苯45%、异辛烷45%、乙醇10%的模拟燃料，在60℃温度条件下实施的。
对于燃油管内层胶料而言，耐油性能是最为重要的，其次才是力学性能。有关研究表明，在渗透性上，采用三元共聚氟橡胶的油管远优于二元氟橡胶油管；同时，为了保证胶料的加工性能和硫化体系的分散性，采用了混炼胶进行实验，对比了二元氟橡胶和三元氟橡胶的性能，证实在力学性能上，三元氟橡胶是燃油管内层胶的最佳选择；在耐燃油性方面，三元氟橡胶也略优于二元氟橡胶。
2．涡轮增压器软管
涡轮增压器软管是汽车发动机中要求最苛刻、成本最高的软管之一。软管成本高是因为软管的设计需要大量的软管层，此外为保证液体的正常流动，所需的弹性体的成本也较高。以前，许多使用AEM等丙烯酸橡胶的软管已经改为便用有机硅橡胶，以使胶管在更高温度下保持稳定的性能。这样，就相应地需要采用含氟弹性体衬里，以提供必要的耐油性能。
在多数情况下，在软管结构中采用芳纶纤维以保持软管的形状和提供相应的强度；有机硅橡胶用以保护纤维层并使软管具有弹性，能耐极高的温度。对于在涡轮增压器软管中使用的有机硅橡胶，采用单组分高密度橡胶(HCR)。通常用压延机将橡胶和纤维贴合在一起，从而得到生产软管的半成品材料。由于连续处于170℃以上的温度条件，软管的中层和外层通常采用VMQ（二甲基一乙烯基硅橡胶）。在选择含氟弹性体衬里时，生产商和/或终端用户不得不选择FVMQ或氟橡胶FKM。
3．发动机油封
随着汽车工业的快速发展，用户对发动机总成的可靠性和密封性等要求越来越高。而且随着汽车发动机转速的不断提高，其所使用的油封（尤其是旋转轴油封）承受的工况也愈来愈恶劣。不仅要求油封能承受高低温、高线速度和大负荷的工作条件，还要具有接触摩擦阻力小、磨损量小、使用寿命长、耐介质、强度好和密封可靠等性能。
人们习惯采用丁腈橡制造汽车发动机上的油封。丁腈橡胶成本低廉，但耐高温及耐高速性能较差，当温度超过120℃或旋转轴转速超过5000r/min以上时，油封唇口易老化而变硬、变脆，造成泄漏。20世纪90年代初期，国外研制成功了一种广泛用于内燃机（尤其是大功率、重负荷的内燃机）的填充聚四氟乙烯(PTFE)油封。国内引进或合资生产的Cummins和Caterpilar柴油机等都采用聚四氟乙烯油封代替以前使用的丁腈橡胶和氟橡胶等唇形橡胶骨架油封。作为其曲轴、辅助驱动轴等的旋转油封，成功地解决了发动机因油封密封不好而产生的漏水、漏油问题。
在发动机运转几转后，装配在发动机上的PTFE油封的密封唇就会将层很薄的PTFE薄膜涂覆到旋转轴颈上，并借助自身的弹性变形。使唇口很好地粘合在轴颈上，随发动机旋转轴一起转动。在发动机工作过程中进入油封唇部与轴颈结合部位的润滑油膜随发动机一起转动。一旦油膜碰到油封螺旋槽，就会受到螺旋斜面的作用力而产生一个向发动机密封介质的作用力，此力会将欲外流的液体介质压回储油端（也就是油封螺旋槽具有泵吸的功能）。当该作用力大于油膜本身受到的来自储油端的油压时，就能实现密封作用。
纯聚四氟乙烯具有耐高温260℃、耐腐蚀、摩擦系数小等特点，但聚四氟乙烯同时具有不耐磨、冷流性大、硬度高、韧性差等缺点。如果直接用它制造油封，则加工出来的油封唇口与轴的随动性差，难以满足高速、大功率、重负荷柴油机的使用要求。因此，作为动力油封的唇口材料必须经过改性。目前大多采用填充改性的方法，即在聚四氟乙烯中加入一些耐磨物质，如玻璃纤维、碳素纤维、石墨、二硫化钼、青铜粉等，使它们在PTFE层状结构中形成网状节点，从而提高了材料的刚度、导热性和抗蠕变性，同时大大提高了耐磨性，使密封寿命也相应提高。
4．装卸车液压系统
大型装卸车液压系统连续工作时间长，油温及机件温度上升很快，普通橡胶制品已不能满足使用要求，而氟橡胶制品则能满足其液压系统苛刻的工况技术要求，其制作的零配件已在大型装卸车液压系统中得到了广泛的应用和推广。
在化工领域中，很多流体都含有强酸、强碱或具有强腐蚀性，常规的大型装卸车液压系统要在内壁镀上一种耐腐蚀性材料才能用来输送它们。聚四氟乙烯由于具有很高的惰性，完全不与王水、氢氟酸、浓硫酸、硝酸过氧化氢等作用，是一种理想的防腐设备的衬里材料。传统的聚四氟乙烯衬里是“钢-氟”两体分离的结构，因此存在衬里因管路负压而抽瘪或介质温度频变致使聚四氟乙烯层疲劳断裂的缺陷。温州市超星钢塑复合厂研制了将聚四氟乙烯层直接烧结管道内壁的钢管，实现“钢-氟”一体化。这就需要一种设备把聚四氟乙烯以一定的压力均匀压在钢管的内壁上，并排尽空气。由于钢管的长度较长，就需要有两种不同的速度来分别进行进给和压制，否则不是在进给中浪费了时间，就是由于压制中过于仓促而不能排尽空气。
四、我国氟橡胶市场发展前景十分看好
我国上世纪50年代开始研制氟橡胶，90年代前，氟橡胶主要用于军工领域。90年代末期以来，随着我国汽车工业的迅猛发展，尤其是汽车零部件高性能化和国产化，对材料的品种和数量都提出了较高的要求，对氟橡胶的需求量日益增加．1995-1998年国内氟橡胶的消费量年均增长速度高达21.55%．1999-2001年消费增长近50%.2001年国内氟橡胶的消费量均为1500t左右，2002年国内汽车产量突破了300万辆，2003年达到444万辆，2004年国内汽车产量515万辆，其中轿车296万辆，同比增加了30.21%，2005年汽车总产量已达到570万辆，已远远超出“十五”规划数据，汽车行业2005年生产量需要消耗氟橡胶4000t，社会维修量消耗1000t，共需求氟橡胶5000t左右，预计到2010年，氟橡胶的产能将达1万吨左右，其市场发展前景十分看好。
五、我国氟橡胶面临的主要问题
1．技术水平落后
尽管我国氟橡胶在汽车工业配件中的应用取得了较快的发展，产品质量与国外产品的差距在迅速缩小，但是在产品的品种、应用方面、加工方法及工艺设备等方面尚存在着较大的差距，比如国外氟橡胶有50多个品种，而国内目前只有10多个品种。尤其是高含氟量氟橡胶、耐低温氟橡胶和直接用过氧化物硫化的胶种还仅有试制品，氟橡胶新产品如偏氟乙烯系橡胶、磷腈氟橡胶、不需要二段硫化的氟橡胶及高纯度氟橡胶还没有在我国汽车工业的零配件中得到应用，没有正式的零配件产品。
2．行业恶性竞争
业界由于技术和质量没有大幅提升，引发了产品价格的恶性竞争。氟橡胶新建产能的外延式扩张，技术来源单一，对高性能特种产品、关键共性技术、应用研究缺乏投入，其结果必然导致产品价格的恶性竞争。
3．高端产品依赖进口
我国汽车零配件中每年大量进口的正是这些高性能氟橡胶，价格高昂、利润惊人。目前，我国氟橡胶产业已出现了通用级产品过剩、高端产品依赖进口的现象，氟橡胶实际年产能已经超出市场需求。
4．氟橡胶的评价体系有待完善
目前氟橡胶的标准还是企业标准，没有形成行业或国家标准。
5．应用上的障碍还未有效突破
受加工技术的限制，应用上的障碍还未能有效突破。目前，国产氟橡胶主要用作各类密封杂件，而技术、质量、生产效率要求较高的曲轴油封、燃油管等产品的市场均被国外巨头所控制，加上汽车工业的召回制度所产生的巨大技术、成本风险，使原配件市场很少直接使用国产胶。
六、促进氟橡胶行业的发展
我国是氟化工最基础原料萤石的储量和产量最大的国家，拥有得天独厚的资源优势，因此我国应加大高性能氟橡胶汽车零配件的生产，满足国内汽车工业快速发展的需求，促进我国氟橡胶汽车零配件的结构调整，制造更佳的经济效益和社会效益。
1．发展高端产品
提高现有生产企业技术水平和产品质量，在新产品开发和应用研究上下功夫，而不是单纯扩大生产规模，或者是在低端产品竞争上大打价格战。
2．避免恶性竞争
专家同时建议政府有关部门要加强战略研究，对企业进行正确引导并加强氟橡胶发展战略研究，加强宏观调控力度，避免造成恶性竞争的不良局面，做到总体规划科学，布局合理。
3．促进技术合作与应用
国内氟橡胶科研生产单位与应用厂家加强技术合作和应用研究，促进我国氟橡胶产业尽快成长壮大。
注：大城县京城密封件厂 供应橡胶密封件 机械密封件 密封圈 油缸密封件 液压密封件 气缸密封件 煤矿用密封件 煤矿用单体液压支柱密封件及立柱 千斤顶用密封件 氟胶密封件 硅胶密封件 聚胺脂鼓形圈 加布鼓形圈 车削密封件O型圈 氟胶O形圈 硅胶O型圈聚 氨酯密封件（鼓型圈 蕾型圈 山型圈 O型圈 Y型圈）三元乙丙O型圈耐油耐高温用O形圈 加布蕾形圈 聚氨脂蕾形圈 山形圈 防尘圈 单体液压支柱防尘堵盖 Y形圈 活塞导向环 活柱导向环 防挤圈 卸载阀垫 单向阀垫 安全阀垫 连接钢丝 三用阀配件活塞导向环、f4四氟挡圈、POM档圈、皮碗防挤圈、底座防挤圈、防尘堵盖等综合采煤机等机械密封件