密封件對于各種設備、裝配件與組件的功能與使用壽命而言起著決定性的影響。遺憾的是,往往是在失靈之后它們才會引起人們的關注。其中,O型環(huán)也許是最常用的密封件。此外,還有其它類型的靜態(tài)密封件、采用粘合技術的液體墊圈以及密封接合開口的技術,這些均能夠可靠地進行密封。
在工業(yè)生產中,經常需要密封多個組件之間的接合縫隙,從而防止空氣、灰塵、水和腐蝕性化學物品的滲入。密封性能對于電子工業(yè)、汽車工業(yè)、機械工程與工藝工程而言至關重要。它們在各行各業(yè)均有典型的應用。例如電子元件的外殼、磁鐵、當然還有流體控制系統(tǒng)。
在某種程度上,組件可以用純結構的方式進行密封,而不用任何附加的密封技術。不過,隨著要求不斷提高,可能必須使用單獨的密封件。
在工程領域,設計組件的幾何形狀時就要考慮這一點,確??梢詫㈧o態(tài)密封件插入接合縫隙。根據熱力學、化學和機械方面的不同要求,工業(yè)密封件通常由橡膠、硅樹脂、熱塑性彈性體或聚四氟乙烯構成。
用橡膠密封
橡膠是最常用的密封件材料。以橡膠為基材的產品密封性能非常好,在 100 °C / 24小時的標準條件下,氯丁橡膠的壓縮永久變形通常為 20 - 30 % 。此外,此類橡膠牢固、耐熱、耐化學腐蝕、能承受機械應力,且材料成本低。但它們也有劣勢,尤其是在將它們整合進生產過程中時。
如果密封形狀是圓形的,那么這一劣勢不算明顯,況且O型密封環(huán)還是最為經濟實惠的解決方案。然而,如果使用密封繩或者密封膠帶(例如用于密封各種外殼),那么高效率的生產過程會變得更為復雜。在這種情況下,需要額外地用手工方式接合繩帶的兩端,這代表著又多了一項耗時耗力的工序。
沖壓或硫化的方式能夠制造更復雜的橡膠形狀。這樣做可以簡化生產過程,但只有在產量高的情況下才能顯現(xiàn)效率,因為每種形狀都必須進行昂貴的開模。
用熱塑性彈性體密封
由熱塑彈性體 (TPE) 制成的密封件是另一種選擇??梢杂米⑺艹尚偷姆绞綄⑺麄冎苯诱掣皆诮M件上。它們堅固、耐磨、能夠牢固地粘附在工程塑料上(例如 PA、PC 或 PBT),達到防滲漏的密封效果。在室溫環(huán)境下,TPE的性能與傳統(tǒng)的人造橡膠類似。不過,熱塑性組件使用溫度限制在 80 到 100℃ 之間,更高的溫度會使壓縮永久變形隨之增加。用途廣泛的 TPU 的壓縮永久變形大約為 80 % (100 ℃ / 24小時),其它類型的 TPE 可能達到 50 % 左右。
注塑工藝比硫化工藝簡單,然而不容忽視的是,雖然TPU的加工方式較為溫和,但每一種形狀都需要單獨的模具。此外,為了避免在額外的加工步驟中反復地插入組件,需要一臺多組件注塑成型加工機。
液態(tài)墊圈
使用液態(tài)墊圈,則不需要如此投入成本。這些墊圈流動性低,是高粘度的粘合劑產品,可以根據需要的高度和形狀進行點膠,然后讓它們在應用的位置完成固化。由于靈活度高,它們適用于復雜的組件幾何形狀,甚至是三維形狀。液體密封件與固體密封件相比的另一項優(yōu)勢是,他們絕大部分可以停留在粗糙的坡度上,因此能夠更好地密封有起伏的表面,給生產商留出了更大的容許度。
與復合橡膠或 TPU 密封件相比,它們所需的加工步驟更少,減少了機器的設置時間,廢品率比模切更少。一套系統(tǒng)足以生產各種組件,用戶可以輕易實現(xiàn)生產過程自動化。粘合劑內可以添加熒光劑,在質量控制過程中可以用光學設備探測出膠滴是否有缺陷。并且不需像固態(tài)密封件那樣,需要保持一定庫存,因此也節(jié)省了開支。
粘合劑作為液態(tài)密封圈,尤其適合復雜的幾何形狀
到目前為止,液態(tài)墊圈經常以硅樹脂或聚氨酯為基材。然而,這些雙組分系統(tǒng)固化速度慢,因此更適合大型組件或小規(guī)模生產。如果是大規(guī)模生產,液態(tài)墊圈相較于TPU或橡膠密封件,雖然更為便捷靈活,卻在加工速度方面處于劣勢。 不過目前,適合于大規(guī)模生產的、單組分的光固化丙烯酸粘合劑也早已面市。通過高光強的紫外線確保粘合劑在幾秒之內達到其最終強度,縮短了周期時間,點膠之后即可直接加工組件——這些都是高產量的必需條件。
這種材料能夠很好地恢復形狀,因此在接合之后能夠達到可靠的密封效果:壓縮永久變形最多為10 % (85 °C, 24 小時) ,在壓力消除之后可以恢復到原來的形狀。它有多種表干的版本,可以重復地拆卸。不僅如此,這些基于丙烯酸的密封件就地成型,防水性能很高,可達到 IP67 的要求。它們不含水性油漆干擾物和溶劑,使用溫度范圍在 - 40 到 120 °C 之間。
二合一:密封與粘合一步到位
如果密封件明確不可拆卸,那么密封粘合就是最理想的加工方案。這種方式可以做成任何形狀,并使用熒光劑來進行質控。此外,粘合劑不僅把各個組件密封住,還把它們永久地連接在一起。如此一來,對空間的要求也降低了。由于不再需要用螺絲固定,這種工藝非常適用于微/小型化元件,且精簡了生產步驟。
光固化丙烯酸與環(huán)氧樹脂尤其適合高產量應用。可根據熱力與化學性能方面的要求選擇合適的產品。環(huán)氧樹脂的溫度穩(wěn)定性略高,而丙烯酸的柔韌性更好,固化速度更快。
另外,這兩個系列均有可雙固化的產品。無論是在烘箱里固化,還是室溫固化,這兩類粘合劑甚至在陰影區(qū)域都能實現(xiàn)完全固化。
結論
密封件可不僅僅是橡膠環(huán)這么簡單。與任何材料一樣,它們的多樣性與日俱增。光固化液體墊圈與密封粘合這兩項粘合技術令生產商能夠優(yōu)化產品結構,兼顧生產過程的效率與靈活度。