黄硕,王亮,黄江玲,高祥达

(东风汽车公司技术中心非金属材料室，湖北武汉 400058)



汽车车身密封系统用橡塑材料的应用与发展

黄硕,王亮,黄江玲,高祥达

(东风汽车公司技术中心非金属材料室，湖北武汉 400058)

摘要：车身密封系统对汽车车身的密封、减震起到重要作用，可降低乘客舱噪声，隔水、隔热、防尘，是汽车车身的重要组成部分。详细介绍了车身密封系统橡塑材料的性能及要求，并按照车身密封系统的分类对比分析了不同部位和工况下车身密封系统橡塑材料的应用情况、性能特点和材料选型规则，探讨了车身密封系统橡塑材料的研究现状及未来的发展趋势。

关键词：车身密封系统；橡塑材料

0引言

汽车车身密封系统是汽车车身的重要组成部分，主要包含用于车门、车窗、车身、天窗、发动机箱和后备(行李)箱等部位的橡塑密封条。车身密封系统主要起到隔音、防尘、防渗水和减震的作用，并且能够保持和维护车内小环境，对车内乘员、机电装置和附属物品起到重要的保护作用。作为汽车车身密封系统的主要组成材料，橡胶、聚氯乙烯和热塑性弹性体等橡塑材料已得到广泛的应用。据不完全统计，车身密封系统中橡胶、聚氯乙烯和热塑性弹性体等橡塑材料在单车中的用量已超过25 kg。随着汽车工业的发展，汽车轻量化和燃油排放等环保要求日益提升，热塑性弹性体材料和微发泡橡胶材料在车身密封系统中的应用会逐年增加[1-2]。

1车身密封系统橡塑材料

在车身密封系统中，主要应用的橡塑材料有三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氯乙烯(PVC)塑料以及热塑性弹性体材料。

1.1三元乙丙橡胶

EPDM橡胶是由乙烯、丙烯单体加入少量非共轭二烯烃聚合而成。其结构特点是在聚合物分子主链上无不饱和双键，而在支链上引入了不饱和双键，因而具有极好的耐臭氧性能和耐气候性能以及良好的加工性能和低压缩永久变形，耐热最高可达160 ℃左右，长期耐热温度最高可达120 ℃，耐低温达-40 ℃，耐极性溶剂和无机介质好，包括水、高温蒸汽及冷却液，是生产密封条的重要材料。根据车身密封系统各部位和功能需求的不同，在实际应用中，在EPDM材料中加入硫化、防护、补强、操作体系材料和特殊赋予材料(如着色剂、发泡剂)，可制得密实胶(包括黑色胶和彩色胶)和海绵胶。

1.1.1EPDM密实胶材料

对强度、伸长率以及压缩永久变形有较大要求的车身密封系统，多选用EPDM密实胶或以密实胶为基材与EPDM海绵胶、骨架共挤组成复合胶条。根据温度、介质环境及使用条件的不同，EPDM密实胶的材料性能定义必须同时满足较高的机械强度及耐老化性能等要求。

1.1.2EPDM海绵胶材料

用于车身密封系统的EPDM海绵胶多为空心泡管结构，具有较好的温、湿度保持功能和隔音降噪功能，相比密实胶极大地减轻了质量。现在，大部分有天候要求的密封系统均采用带有空心结构的EPDM海绵橡胶材料，如门框密封系统、车门密封系统，行李箱密封系统、发动机箱盖密封系统等。

1.2聚氯乙烯材料

聚氯乙烯(PVC)材料是传统的通用塑料，通过加入改性剂可以使其耐老化性能大为改善，外观性能近似于橡胶, 并且具有接近橡胶的表面光滑性、柔软性及回弹性，在汽车车身密封系统中有一些应用。但由于其回弹性较差，在车身密封系统上主要用于机械强度及回弹性能要求较低的非动态密封系统，如玻璃包边条、内外侧条和一些密封条的夹持部位材料。

1.3热塑性弹性体(TPE)材料

热塑性弹性体材料(TPE)是包埋在热塑性基体(如PP或PA等塑料)内的化学交联(硫化)橡胶性弹性体，其结构特点是由塑料和橡胶两相组成，故兼有塑料和橡胶的特点，如加工无须硫化、容易实现精确断面的控制、材料可回收利用、环境友好性高。但由于其弹性较差，压缩永久变形较大，同时海绵体的制造技术尚不够成熟，且价格较高，故其用量受到很大限制。随着TPE制造技术的提高和完善，其应用范围正逐步扩大。目前，TPE材料在车身密封系统方面，主要用于窗台内外密封系统和玻璃导槽以及密封条接角胶的制造，在角窗玻璃、前后风挡玻璃包胶也已逐渐有一些TPE的应用。

2橡塑材料在车身密封系统的应用

车身密封系统的分类方法较多，可以按密封件安装部位、密封特点、胶料复合结构、材料品种等进行分类。作者根据工作环境的不同，将汽车车身密封系统分为2个主要系统：承受静载荷的密封条系统和承受动载荷的密封系统，并讨论这2个系统的橡塑材料的应用情况。

2.1承受静载荷的密封系统及橡塑材料的应用

2.1.1前后风窗玻璃密封系统及橡塑材料

前后风窗密封系统一般起到装饰的作用，而不起主要密封作用，玻璃和车身主要是靠玻璃胶粘结起来的。风窗玻璃密封系统与风窗玻璃、车身的连接方式现在多为密封嵌条、粘接剂将玻璃同车身安装并固定。根据其产品性能要求以及结构特点，风窗玻璃密封系统橡塑材料的耐候性、耐光老化性能等外观要求较高，材料的拉伸性能、压缩永久变形、耐动态疲劳等性能要求较低，因此，前、后风窗玻璃密封系统多采用由单一EPDM密实橡胶或PVC材料制成，TPV材料可降低质量，是未来的发展趋势。

2.1.2角窗玻璃密封系统橡塑材料

角窗玻璃密封系统主要起到将角窗玻璃包边、装饰并部分密封的作用。由于角窗玻璃整体尺寸较小，可以用挤出基本断面、然后再模压(注射)接角或采用整体模压(注射)成型2种方法来实现橡塑材料包胶。也可以在角窗玻璃周边直接注射上软PVC或TPE材料包边。传统的角窗玻璃密封系统同前、后风窗玻璃密封系统一样是使用单一实体EPDM橡胶或PVC材料。由于该部位的材料无需较高的压变性能，高端车已开始逐渐采用TPE材料，以达到更加环保、更高质感的目的。

2.2承受动载荷的密封系统及橡塑材料的应用

2.2.1发动机罩密封系统橡塑材料

发动机罩密封系统，用于发动机罩前的密封以及发动机盖同车身前部的密封，其作用主要是阻止发动机舱内的废气浸入乘客室内、完全密闭发动机舱的间隙，并阻止发动机舱噪声的外泄。其橡塑材料主要是使用海绵橡胶+软实体橡胶+金属骨架三复合或海绵橡胶+硬实体橡胶二复合结构的密封条。由该系统使用环境的特殊性决定，密封条用材必须能耐120 ℃的高温，同时对汽车所使用的润滑剂、制冷剂、油、玻璃洗涤剂等具有良好的稳定性，一般多采用EPDM橡胶。

2.2.2车门密封系统橡塑材料

汽车车门密封系统主要包括车门密封条和车门框密封条。车门密封条主要用于车门的固定、减震、防尘及密封，其结构有2种：一种为全海绵胶泡管，另一种由密实胶基体和海绵胶组成，这种密封胶粘贴或镶嵌在车门上，与门框密封条配合，以增加车门与车体的密封作用。目前，随着工艺发展和轻量化趋势，全海绵胶泡管逐渐成为车门密封条的发展趋势，且根据发泡管部位的不同，泡棉的材料配比有所不同。如图1所示，该门密封条的断面中红色部位的泡管的压缩负荷需符合产品定义，可应用密度较轻、回弹性好的橡胶泡棉材料，而蓝色部位与车身钣金连接，耐撕裂强度要求高，可采用密度、强度稍高的材料。

车门框密封采用带有完整的玻璃导槽结构的密封条，用于密闭车身顶盖与门框之间的间隙，它不但要保证密封性，还要承受关门时的冲击力，因此它既要有弹性，也要有韧性，主要由密实胶基体和海绵胶泡管两部分组成。密实胶内含有金属骨架，起到加强胶条的定型和固定作用。海绵胶泡管柔软并富有弹性，起着受压变形、卸压反弹的功能。

决定车门密封系统的密封性、安装牢固性及车门关闭力大小的材料性能因素主要为材料硬度、材料密度，且耐候性、耐老化性及气味性要求均较高，多选用强度和压变性能好的EPDM密实橡胶和海绵橡胶。

2.2.3活动天窗密封系统及橡塑材料的应用

活动天窗密封系统是为改善车厢内的通风而设置的。根据其开启方式可分为滑动式和升降式2种系统。为降低与玻璃的摩擦阻力，需在密封条的密封面上进行植绒或涂层处理。活动天窗玻璃密封条的制造公差非常严格，任何几何形状的偏差都将导致雨水的浸入或增大天窗玻璃的关闭力，导致电动机构操纵失灵，因此该系统多选用收缩量小、耐候性好的EPDM橡胶材料。该材料定义参见表1。

2.2.4行李箱盖密封系统橡塑材料

行李箱盖或者后背门密封系统由含骨架的密实胶基体和海绵胶泡管组成，能够承受一定的冲击力，保证后盖关闭时的密封，对防水性的要求极高。为满足其工况，必须使用耐候性高、压缩永久变形性能优异、耐撕裂强度大的EPDM橡胶材料。

2.2.5玻璃升降密封系统橡塑材料

玻璃升降密封系统较为复杂，它包括了导向和密封功能。该系统主要包括窗框玻璃导槽和窗台内、外密封条。窗框玻璃导槽密封条可由不同硬度的EPDM密实胶组成，镶嵌入车身保证尺寸配合的精确性，达到密封防渗漏、隔音的作用。密封条的唇边还粘贴有植绒面，当玻璃上下移动时可以降低玻璃与胶条之间的滑动摩擦并降低噪声。目前，TPV材料的应用已逐渐取代EPDM的应用，它主要采取三层共挤出的工艺一次成型，如图2所示，分为基材、底部和侧面滑材以及唇边滑材。基材采用价格较低的TPV材料，滑材采用摩擦因数低、耐磨性好的材料，以降低成本。

窗台内、外密封条通常由单一弹性体或与金属骨架复合挤出生产，通过金属卡子将密封条与车身板固定。中高档轿车已实现采用2种硬度的热塑性弹性体材料复合挤出来制造密封条：密封部位采用软质材料，装卡部位采用高硬度的材料。为美化车身外观，完善密封性，将窗框玻璃导槽密封条与窗台内、外密封条制成一体化的玻璃升降密封条将是未来的趋势。

2.3车身密封系统橡塑材料选材特性

针对各部位车身密封系统的不同工况要求，对橡塑材料的选材特性进行了归类和总结，见表1。

3车身密封系统橡塑材料发展趋势

3.1提升可回收性

欧盟提出汽车材料的利用率2015年达到95%。我国《汽车产品回收利用技术政策》于2006年2月6日颁布，鼓励汽车生产制造过程中使用可循环利用的材料，以利于材料的回收利用：2010年汽车材料必须85%可再生，到2017年进一步提升至95%。因此，以热塑性弹性体(TPE)为基体的密封条的使用有快速增长的趋势：

(1)TPE材料的可回收性，可以减少原来使用EPDM成品不可回收带来的废胶污染问题；

(2)TPE材料加工过程中无须加热硫化，减少了加工过程中的能耗和加热后的挥发物污染；

(3)随着TPE的发展，现在的性能可以接近EPDM性能，在部分产品上达到可以替代的性能，如玻璃升降密封系统中的内水切、玻璃导槽等。

3.2提升散发性能

我国自2007年1月1日起对汽车内饰产品实施有害物质的认证，国家正在制定《车内污染物浓度限值及测量方法》标准，表2为各主机厂对散发性能的要求。

为了迎合这种趋势，满足VOC要求，车身密封系统的橡塑材料除了TPE材料的应用之外，在低排放新型材料的应用上还可以对橡胶促进体系进行升级。

在EPDM胶料中，非亚硝基促进剂的使用替代可提升原有EPDM橡胶的散发性。EPDM橡胶新型促进剂见表3。

3.3轻量化趋势的影响

随着汽车轻量化迫切程度日益提升，车身密封系统轻量化的趋势主要有以下2个方面：(1)使用TPE+PP的结构替代EPDM+金属骨架的结构；(2)启用低密度的EPDM胶来替代密实胶。

3.3.1TPE材料应用于轻量化

一般情况下，橡胶的密度多在1.1～1.4 g/cm3的范围内，部分情况下会使用更高密度的胶料，这导致车身密封系统的质量会达到9～10 kg(包括其中使用的钢制骨架材料)；而TPE的密度一般为0.9～1.05 g/cm3，这就使得同样体积下的材料质量下降明显；由于TPE和PP等塑料材料的工艺兼容性和良好的结合力，在部分成品中可以直接使用PP等材料来替代钢制骨架，这又导致了质量的直接下降。由于上述因素，在内外水切上应用的PP+TPE的形式变得广泛起来。

3.3.2低发泡EPDM胶料的应用

现在车身密封系统的骨架夹持部位使用的胶料均为EPDM密实胶，其密度高达1.2 g/cm3。现在的发展趋势是使用低发泡的实心胶进行替代，要求其密度在0.95～1.05 g/cm3。这种新的要求在日系车中使用较多，要求新的胶料系统的改进。这是一个新的胶种，目前在国内尚未大规模推广和应用。

综合分析可见，由于具有较低的密度、与PP有良好的粘结性、类似材料的加工工艺、可回收利用性好以及环保性能好等特性，TPE材料在车身密封系统中的应用具有广泛的前景。

4总结

随着科技的进步、汽车工业的发展，车身密封系统结构的合理性，设计的人性化，生产工艺的流程化、自动化，产品的安全性、环保性、可回收性、配套美观性、多样性等已成为当下汽车密封系统的发展趋势。尤其随着新兴材料的不断涌现，车身密封系统橡塑材料正在不断地推陈出新和提高，从而满足汽车轻量化、低成本和环保的发展目标。在未来，低密度、微发泡EPDM橡胶的开发和应用，TPE材料的进一步推广将是车身密封系统橡塑材料的重要发展方向。

参考文献:

【1】陈海燕.汽车橡胶密封条技术概述[J].橡胶工业，2003,50(1):26-29.

【2】何伟.汽车车身弹性体密封系统[J].中国橡胶，2002,18(19):28-30.

Development and Application of Rubber and Plastic Materials of Car Body Sealing System

HUANG Shuo,WANG Liang,HUANG Jiangling, GAO Xiangda

(Non-metallic Material Technology Branch, Technical Center, Dongfeng Motor Corporation,Wuhan Hubei 400058, China)

Keywords:Car body sealing system; Rubber and plastic materials

Abstract:Car body sealing system plays an important role in car body sealing and shock absorption,via reducing passenger cabin noise,isolating water,heat and dust，which is an important part of car body. The performance and requirements of rubber and plastic materials of car body sealing system were introduced particularly. The application, characteristics and material selection rules of rubber and plastic materials of car body sealing system were contrasted and analyzed according the classification of car body sealing systems. In the end, the research status and developing trend of rubber and plastic materials of car body sealing system were discussed.

收稿日期：2015-11-13

作者简介：黄硕，男，硕士，从事汽车用高分子材料的应用与研究工作。E-mail:huangshuo@dfmc.com.cn。

中图分类号:U465.4+2

文献标志码：A

文章编号：1674-1986(2016)03-086-04