随着中国汽车工业的不断发展，巿场对於汽车密封条，尤其是轿车密封条的性能要求愈来愈高，不仅需要具有优良的密封性，而且要美观、安全和环保。在此需求的推动下，汽车密封件技术不断推陈出新，一些新材料、新工艺和新装备被投入到实际生产中。

由於车用密封条对材料、工艺的要求较高，长期以来，国内巿场以进口产品为主。但随着汽车工业的迅速发展，在车用密封条的研发上，中国已加快了脚步。如青岛科技大学釆用具有包藏结构的粉末丁月青橡胶改性高聚合度聚氯乙烯制造汽车挡雨条，所研制挡雨条料达到日本进口料LE608A指标；华东理工大学所研制的汽车车顶用防水条专用料可用於桑塔纳轿车车顶防水条生产，各项性能均达到了指标，xx可以替代进口产品。
设计方式

随着国外先进厂商不断进占中国巿场，国内零部件工业将受到冲击，对密封件行业来说也是新的挑战。中国汽车密封件行业尚未形成规模经济，劳动生产率低，开发能力弱，必须走强强联合、模块化生产之路，争取在5-6年保护期内加速形成具有自主开发能力的实体。汽车密封件的配套不能再像以往那样仿制，而应积极对{zx1}车型进行配套，承担同步开发。

对於密封条新产品的开发，目前已经改变了传统的设计方式，改为利用计算机技术，应用CAI/CA–E/CAT等，高起点地分析，以优化产品结构优化。鉴於汽车密封条的材料复杂、结构的特殊性和接触载荷、边界的非线性等因素，企业已应用计算机辅助设计手段，提高预测能力，降低开发调试成本。

传统方法是在二维零件图纸上进行设计，现在则是从整车的三维车体
数据出发，通过CAD绘图造型来确定密封条的截面和几何形状、结构特点。从Benchmarking技术基准档案选取材料及其参数。通过CAExxxx，如有限元FEM方法分析，模拟分析密封条的结构与受力变形行为，对变形过程进行理论分析。如设计不合理，结果不理想，可重新釆用CAD设计。如果成功，则可用CAD模具工装的造型设计，再经CAM软件，用数控机床进行加工，然後制样，经调整，最终完成产品的开发。

北美一些汽车密封条制造厂商已经突破了传统生产密封条的模式，开始与汽车零配件厂合作，向一些整车厂提供一种同时装有导槽与侧条等密封条的组合框架，或车门整件，这种方式顺应了当代汽车零部件工业的模块供货方向发展的潮流。

材料选择

目前制造汽车橡胶密封条的主要原材料是三元乙丙橡胶。该材料具有较高的硫化速度、很好的挤出工艺性能、优异的耐臭氧及耐气候老化性能，在今後较长时间内仍是汽车橡胶密封条生产的{sx}橡胶。

作为主要的原材料，三元乙丙橡胶也在不断更新和发展。它具有优良的物理性能，又有可操作加工性能的新颖EPDM控制其分子中长链支化，使其硫化性能更好，提高挤出速度和产品的产量。

其他新型的热塑性弹性体、浇注型弹性体和混炼型弹性体等在汽车密封条中不断得到应用。例如，热塑性弹性体如三元乙丙烯胶/聚丙烯（EPDM/PP）热塑性弹性体，既具有弹性体的优良工程性能，又具有塑料的优良特性，并且比传统的部分交联热塑性弹性体有更优异的强度、高温力学性能、耐热性和耐油性等。这些材料正在逐步取代不可再生利用的EPDM制品。近年来国内EPDM/PP共混型热塑性弹性体的研究有所进展，目前已有EPDM乙烯/丙烯/二烯共聚物增韧改性专用料投放巿场。而以EPDM为主体的动态硫化共混型EPDM/PP专用料仍须进口。

企业对於辅助材料，主要是炭黑、骨架材料、增塑剂和硫化剂等的开发也从未中断，这些新产品逐渐被应用到汽车密封条的生产中。为减少汽车橡胶密封条在生产过程中的污染及粉尘飞扬，目前主要釆用母胶型颗粒状的硫化剂及促进剂等作添加剂。挤出工艺性能好，填充量大的快压出、半补强和通用级炭黑是三元乙丙橡胶常用的补强剂，也符合作为绿色汽车橡胶密封条生产的添加剂。发泡剂则应选用闭口型、孔径细小和发孔均匀的产品。目前企业也开发了一些计算机应用软件，对配方中原材料进行筛选、组合，以达到配方的优化。

加工工艺

过去的密封条生产多釆用人工压模成型，工艺简陋落後，形状单一，多是H形。现在的密封条生产釆用计算机控制的挤压成型或者注射模压技术，包括微波硫化、复合挤出、可变口径挤出、表面喷涂等技术。

传统的盐浴炉硫化釆用含有亚硝酸盐的盐浴体系，而且经盐浴硫化後的密封条还需要进一步用清水清洗。釆用玻璃微珠沸腾床硫化，不仅要对玻璃微珠沸腾床定期进行清理，对一些断面复杂的密封条，在硫化後还需进一步将表面清理乾净。因此，无论是盐浴硫化，还是玻璃微珠沸腾床硫化都可能造成环境污染，损害人体健康。目前国内多数汽车橡胶密封条生产企业已转而釆用清洁的微波连续硫化生产工艺。

为保证汽车橡胶密封条在大批量生产时的质量，一般都釆用自动化程度高、批次质量稳定、分散均匀性好和产量大的高效、高质量密炼机进行胶料混炼。目前已出现了专门为微波连续硫化自动化生产线配置的冷喂料挤出机。冷喂料挤出机釆取分段加热，螺杆内腔和复合机头装有循环水加热系统，挤出速度可无级变速调节，挤出的密封条由输送带牵引依次进入热空气预热段、微波段、热空气烘箱段、水冷却槽或水喷淋冷却舱，最後进行自动裁断，实现喂料、挤出、连续硫化、冷却和裁断自动化生产。

在密封条制造过程中，挤出时应用可变口型技术，即利用计算机控制挤出口型的变化，改变了以往在挤出型条截面一成不变的做法。可根据需要，在转角部位和连接车体或夹持部位，使截面发生“渐变”或“突变”。例如，可使海绵泡管位置、壁厚或大小发生变化，一次挤出在长度方向的截面可变的型条，这样使密封条能更好地与主体匹配、密封，而且在加工过程中，减少了劳动强度，改变了以往不同截面密封条在後加工中需要贴合和接角等复杂工序。

在密封条挤出过程中，现在已从双复合、三复合共挤出工艺，即硬质胶（软质胶）、海绵胶、金属骨架共挤出发展到四复合挤出，或更多复合的共挤出，使不同胶种、不同材料、不同颜色的胶料共挤出。其中有些技术含量更高、劳动强度更低，而且实现了在线静电植绒，可达到单面或双面植绒，同时可在线进行喷徐聚氨酯、硅油或其它涂层。

在安装密封条过程中，以往釆用木榔头捶击式安装，劳动强度大，密封条外观容易受损。现在逐渐改用滚压式工装（Roll Forming），它是一种带有转子的气动工具，可液压密封条的夹持部分，使它在不同安装部位都能达到均匀一致的装配效果，减轻了装配工的劳动强度。

随着汽车工业发展速度不断加快，汽车用橡胶密封条技术与市场日受关注，各种新材料、新技术正在代替许多传统的塑胶材料，推动市场进一步发展。

随着中国汽车工业的飞速发展，汽车门窗用橡胶密封条成为市场关注的热点。汽车用密封条主要起密封、减震和装饰作用。具体而言，汽车密封件可以有效防止外部风雨、尘土等有害物质侵入车内，减小汽车在行驶中门、窗等部位产生的震动以保持车内的乘坐舒适性和清洁性，并使被密封部位或装置的工作环境得到改善，工作寿命得以延长。
热塑性弹性体的不断开发，在汽车密封条领域为传统橡胶带来冲击
根据目前中国汽车年产量估计，2005年中国汽车密封条的需求量将超过1.5亿米，2010年超过2.5亿米。中国加入WTO，国内汽车零部件工业已经受到冲击，国外先进厂商开始在中国市场建设本土配套工厂，对密封件行业也提出了新的挑战。汽车工业对汽车密封条尤其是轿车密封条的性能要求越来越高，不仅需要具有优良的密封性与环境隔离功能，而且要有舒适性和美观、安全、环保性能要求。

橡胶密封条类型

汽车门窗橡胶密封条按断面形状可分为实芯制品（圆形、方形、扁平形断面形状）、中空制品及金属橡胶复合制品等类型。其中，金属橡胶复合密封条占60%以上。对于橡胶密封条来说断面设计至关重要。首先是密封唇边形状、尺寸设计，两侧密封唇边应以相同的、大小适当的力从车窗玻璃的两侧接触玻璃。唇边长度、薄厚应适当，过厚、过长会使玻璃升降阻力偏大，过薄、过短又会导致玻璃得不到良好的引导和密封，产生振动、噪音、漏雨现象；其次是断面底部形状、尺寸设计，车窗钢槽断面上有凸起，其作用是为了装配导槽，因此，导槽断面底部应设计出相应结构，既易于装入，又能利用密封条自身的弹性附着在钢导槽内，防止其脱出；{zh1}是外搭边的形状、尺寸，为了改善外观，导槽外饰面应与车身紧密贴合。

按硫化方法又可分为：

（1）非连续硫化法（将挤出胶条按一定长度裁断后，放入硫化罐硫化，将挤出成型的胶条半成品放入模型中硫化）；

（2）连续硫化法（微波连续硫化法、盐浴连续硫化法、热空气连续硫化法等几种方法）。A. 微波连续硫化复合密封条：微波硫化技术是20世纪70年代国外能源危机之后应用并得到广泛推广的生产技术。采用微波连续硫化技术不仅可以生产由金属芯、实芯胶与海绵胶多种材料复合胶条，而且，在节能、提高工作效率等方面较其他连续硫化法装置优越。此技术被世界公认为生产挤出制品{zh0}的工艺方法。微波加热的特点是热直接在被加热物体内产生，而不是像常规那样从外部输入，这样不仅生热快，而且分布均匀，有利于提高产品质量和大大缩短加热所用的时间。B.盐浴连续硫化密封条：盐浴硫化采用含亚硝酸盐的盐浴体系，对环境污染较大，已逐渐被淘汰。C. 热空气硫化密封条：热空气硫化目前已发展到强风型硫化，即采用高温、高速热空气硫化（Tmax：450°C和Vmax：60m/s）也可达到火焰预处理的作用，而安全性大大提高。

按在汽车上使用的部位和用途可分为：（1）车窗玻璃密封条；（2）车门密封条；（3）装饰条、嵌条；（4）其他密封条（行李箱盖密封条、发动机罩密封条、水箱密封条、应急门密封条等）。

橡胶密封条材料

汽车密封条的橡胶材料有密实胶、海绵胶和硬质橡胶三种。硬质橡胶的硬度可达邵氏A95。密封条的胶料较多使用耐老化、耐低温、耐水气、耐化学腐蚀，特别是耐臭氧老化的三元乙丙橡胶（EPDM）。EPDM可以与钢带、钢丝编织带、TPE、绒布、植绒、PU涂层、有机硅涂层等复合，保证汽车室内与外界及自身的防水、防尘、隔音、隔热、减振、防磨和装饰作用。一般情况下EPDM密封条可稳定使用十几年。也可选择具有良好耐臭氧性能及良好耐老化性能的氯丁橡胶（CR）。考虑到常用胶料的工艺性能，有时还需要选用并用橡胶，如xx橡胶（NR）与CR及丁苯橡胶（SBR）三种橡胶并用或聚乙烯（PE）、EPDM及NR橡塑并用型以改进耐臭氧性。

近年来，随着热塑性弹性体（TPE）技术的不断发展和成熟，应用领域不断扩展。在制造密封条的原材料中，以往采用的主要原材料三元乙丙橡胶也在不断更新和发展。具有优良的物理性能，又有良好加工性能的新型EPDM可控制分子中长链支化，使其硫化性能更好，并可提高挤出速度和产品的产量。新型的热塑性弹性体如TPO和TPV等材料在汽车密封条中应用也越来越多。这些材料既具有弹性体的优良工程性能，又具有塑料的优良特性，既方便加工，又可回收重复利用，这些材料正在逐步取代EPDM制品。

常用的车门密封条由共挤出的实心载体与管状海绵密封条组成，海绵部分受到车体门框的压缩后提供密封功能。这是传统的密封形式，已经使用多年，一般情况下密封性能令人满意。但在某些情况下，这种传统结构可能难以达到充足的密封功能，例如在车速很高时，外部空气压力可能会超过海绵体提供的{zd0}密封力，从而引起密封失效。为了解决这一问题，有公司设计了一种新型密封型材，将磁性橡胶引入海绵体中。实现的方法是在海绵体上挤出一层磁性涂层或加入磁性嵌条，与车体金属框架直接发挥作用，从而增加海绵体的密封功能。

对于辅助材料，主要是炭黑、骨架材料、补强剂、增塑剂和硫化剂等也在不断开发新产品，应用于汽车密封条的生产中。橡胶助剂也正朝着高效、节能、低污染性和低毒性的方向发展。

汽车密封条行业正日益发展成为汽车工业中的一大重要组成部分。随着中国汽车工业的不断发展，汽车橡胶密封条行业也必须不断创新，积极应用新材料、新工艺、新装备，不断开发新的橡胶密封条产品以满足不同用户的需求。

汽车密封条结构CAE优化
摘要：简介了计算机辅助试验(ＣＡＥ)技术在汽车密封条结构优化中的应用。ＣＡＥ技术模拟汽车密封条的理论基础是，实心胶为不可压缩或可轻微压缩材料，其应力 应变性能用Ｍｏｏｎｅｙ或Ｏｇｄｅｎ模型模拟；海绵胶为可压缩材料，其应力 应变性能用Ｆｏａｍ模型模拟。应用ＣＡＥ技术分析汽车密封条安装困难及装车状态下起皱和唇边外翻等问题的原因并对密封条进行结构优化，效果很好。

关键词：汽车密封条；计算机辅助试验；结构分析；应力 应变性能；模型模拟

汽车密封条使用的橡胶材料(包括实心胶和海绵胶)为高度非线性粘弹性材料，而密封条在使用过程中处于可变接触状态，且其变形为大变形，因此必须用高度非线性有限元分析方法和程序来准确描述和模拟密封条的变形状态。本课题采用计算机辅助试验(ＣＡＥ)技术中的ＭＡＲＣ程序对汽车密封条结构进行优化分析。

1　汽车密封条橡胶材料模型及性能测试和参数拟合

(1)材料模型

汽车密封条橡胶材料的实心胶被看作不可压缩或可轻微压缩材料，其应力 应变性能可用Ｍｏｏｎｅｙ或Ｏｇｄｅｎ模型模拟；海绵胶为可压缩材料，其应力 应变性能可用Ｆｏａｍ模型模拟。

Ｍｏｏｎｅｙ模型：

式中，Ｗ为应变函数，Ｉ1和Ｉ2为应变不变量，Ｃ10，Ｃ01，Ｃ11，Ｃ20和Ｃ30为因数，λ1，λ2和λ3为主应变比。

式中，Ｎ一般取3({zd0}为10)，μｎ和αｎ为橡胶材料常数，Ｊ为压缩体积比，Ｋ为体积模量。

为解决某结构高级轿车顶饰密封条安装困难的问题，对其安装方式进行了多次改进，但效果并不理想。通过生产现场在线测试产品安装过程并同时用ＣＡＥ模拟和分析安装过程，发现顶饰密封条安装困难的原因是结构问题(如图1和2所示)，并据此对顶饰密封条结构进行了优化，优化结构的顶饰密封条(如图3所示)安装方便、易行。

2 2　行李箱密封条

某结构行李箱密封条装车后在拐角处唇边容易起皱，密封性能不理想。现场测试后用ＣＡＥ模拟和分析密封条弯曲状态，分析和模拟结果与实际情况非常一致，即密封条在拐角处出现非常明显的起皱现象(如图4和5所示)。为此，运用ＣＡＥ优化行李箱密封条结构。装车试验表明，优化结构行李箱密封条(如图6和7所示)不起皱，密封性能好。

2 3　门框密封条

某结构门框密封条弯曲后会出现唇边外翻现象，这与ＣＡＥ模拟结果一致(如图8和9所示)。

经ＣＡＥ优化结构后，密封条在弯曲模拟状态和实际使用中不再出现外翻现象(如图10和11所示)。门框密封条原结构和优化结构如图12所示。