改性聚四氟乙烯油封在現(xiàn)代汽車發(fā)動機上的應用

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1、76 小型內燃機與縻托車 第36卷 第36卷第3期 2007年6月 小型內燃機與摩托車 SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE 改性聚四氟乙烯油封在現(xiàn)代汽車發(fā)動機上的應用 何昌徳 （臺州科技職業(yè)學院浙江臺州318020） 摘要:現(xiàn)代汽車發(fā)展對所用材料提出了更高的要求，特別是在 ?動機 上的油封開始使用改性聚四氣乙烯材料（PTFE）,并很好地解決? |的泄 漏問題。 關鍵詞:改性聚四緘乙烯 結構 性能 汽車 應用 中圖分類號:TK415 文獻標識碼：A 文章編號：1671 Application of Modi

2、fied Polytetrafluoroethylene Oil Seal on Modern Automobile Engine He Changde Taizhou Technology Vocational School (Taizhou 318020) Abstract: The development of modem automobiles brings forward higher and higher demands for the materials, especially for the tightness of oil seals. Lots of oil sea

3、ls for automobile engines use modified polytetrafluoroethylene t and this solves the lubricant leaking problem eflectively. Keywords： Modified polytetrafluoroethylene, Structure, Performance, Automobile, Application 76 小型內燃機與縻托車 第36卷 76 小型內燃機與縻托車 第36卷 作者簡介:何呂徳（1967?）■男?髙級丄程篇?主要研究方向為汽車，摩托

4、車發(fā)動機的技術研發(fā)及質ft管理。 引言 在汽車領域，特別是發(fā)動機上的油封，人們習慣使 用丁睛橡膠和氛橡膠，丁睛橡膠價格便宜、成本低廉, 但耐高溫性能及耐高速性能較差,在超過120C或者 旋轉軸轉速超過5000r/min以上時，油封唇口易老化 而變硬、變脆，泄漏情況比較嚴重；而氟橡膠雖然是橡 膠之王，具有良好的耐溫性能和密封性能，耐高溫達 260C左右而不老化，并且能耐一切酸、堿，但成本較 高，價格昂貴，且仍具備普通橡膠材料的某些不良共 性，如對軸的偏心反應恃別敏感,在高速轉動中腭口易 受傷，泄漏現(xiàn)象還是比較普遍。隨著汽車工業(yè)的快速 發(fā)展，用戶對發(fā)動機總成的可靠性能強化程度要求也 越來越

5、高，并且隨著汽車發(fā)動機轉速的不斷提高，其所 使用的油封尤其是旋轉軸油封承受的工況也愈來愈苛 刻，因此，它要求油封應能承受高低溫、髙線速度、大負 荷工作條件，并具有接觸摩擦阻力小、磨損量小、使用 壽命長、耐介質、強度好、密封可靠等性能。 為了解決并根治汽車發(fā)動機因密封不好而長期存 在的“三漏”（漏水、漏油、漏氣）問題,80年代初，美國 柴油機公司、工程機械公司等相繼廣泛使用美國 Mather與National等公司研制成功的改性聚四氟乙烯 油封代替以前使用的丁購橡膠和氟橡膠等唇形橡膠骨 架油封，成功地解決了發(fā)動機因油封密封不好而產生 的漏水、漏油問題,同時大大提鬲了發(fā)動機的可靠性, 降低了三包

6、維修保養(yǎng)費用，明顯提高了發(fā)動機生產廠 家的經濟效益。 1聚四氟乙烯油封的結構 1.1改性聚四氟乙烯材料油封結構的種類 1）僅具有單一密封唇口的油封。這類油封又可 分成兩種:一種是唇口上無螺旋槽，這種油封一般用作 往復運動軸的油封,如柴油機上的調溫器密封圈，便是 這種形式的油封;另一和是唇口中有螺旋槽，這種油封 主要用作密封介質比較單一、周圍環(huán)境比較干凈的旋 轉軸油封，其主要保證所密封的液體介質不外流，如柴 油機上的曲軸油封等。 2）具有雙密封唇：=!的油封。這類油封也可以分 為兩種，一種是除密封主唇口上有螺旋槽外，還帶有一 個防塵唇副唇;另一種是不僅主密封唇口上有螺旋槽, 副密封唇口上

7、也有螺旋槽，其主要密封兩種不同的密 封介質，防止一種液體介質流入另一種介質。如扒土 機發(fā)動機曲軸油封，它既要保證發(fā)動機機油不流入液 力變矩器,又要保證液力變矩器中的潤滑油不流入發(fā) 動機。 1.2現(xiàn)代汽車上使用的改性聚四撅乙烯油封 現(xiàn)代汽車上大部份使用的改性聚四氟乙烯油封結 構屬以上第二類第一種，它主要由主密封唇、防塵唇及 螺旋槽3部分構成,每一部分都有不同的功用。 主密封唇接觸寬度上加工有螺旋線或螺旋槽（回 流槽），它的作用是將外泄的潤滑油送回密封腔內，并 且密封唇口較橡膠油封寬，屬于面接觸，有利于回油螺 旋槽封油不再依靠象橡膠油封那樣需要較高的加在唇 口上的徑向力。 防塵唇（副唇）主

8、要用來防止外界雜質如泥沙、灰 塵、水等進入潤滑油中，同時也防止外界雜質進入主密 封唇與旋轉軸之間，以免引起油封唇口的損傷或旋轉 軸外表面的劃傷。 2材料特性及優(yōu)點 1） 耐密封髙壓油介質:單后口的油封可以密封壓 力在IMPa以內的介質，而具有雙唇口的油封則可密 封壓力在3.5MPa以內的高壓油介質； 2） 耐髙速性能:旋轉軸的工作線速度可達到30m/s 以上； 3） 良好的熱穩(wěn)定性能:由于裂解油度在400江以 上,因此耐溫性能比較好，它能夠在-200C-300C 溫度范國內正常工作； 4） 耐腐蝕性好:具有很好的化學惰性，幾乎能耐 一切強酸、強堿等化學物質或強氧化劑及有機溶劑而 不老

9、化.變質、改性； 5） 良好的滅摩性:PTFE相互之間的的摩擦系數(shù) 為0?1 -0.2,與金屬間的干摩擦系數(shù)為0. 1 ~0?3,有 液體潤滑時摩擦系數(shù)為0.02^-0.04,其動靜摩擦系數(shù) 都比較??； 6） 耐偏心性好:允許所配合的旋轉軸安裝偏心疑 達0.5mm,轉動過程中偏心蜃可達0.75mm； 7） 使用壽命長:在汽車上,其使用壽命在80萬km 以上;在汽車發(fā)動機上,其使用壽命在10000h以上； 8） 密封效果好:在設計壽命內，可以做到零泄漏。 由于改性聚四氟乙烯具有以上這些特性及優(yōu)點, 所以在現(xiàn)在汽車發(fā)動機的曲軸油封、后主動齒輪油封 上已開始進入使用。 3改性聚四氟乙烯油

10、封的密封機理 裝配在發(fā)動機上的PTFE油封在發(fā)動機運轉幾轉 后,其密封居就會將一層很薄的PTFE薄腿涂覆到旋 轉軸頸上 1很好地粘 合在軸頸. J機在工作 過程中，站 [滑油膜隨 發(fā)動機一 j ，就將會受 到螺旋斜I 芋封介質的 作用力」 回儲油端 （也就是油封螺旋槽具有泵吸的功能）。當該作用力 大于油膜本身受到的來自儲油端的油壓時，就能實現(xiàn) 密封。 上述壓力可用下式表示： P ^pLVF/C1 式中:P—螺旋槽產生的軸向反作用力；C—旋轉軸與 油封膺口之間的間隙也一唇口與軸接觸寬度；y—旋 轉軸表面線速度屮一液體介質的動力粘度；f—螺旋 槽結構要素。 由上式可知，當發(fā)動

11、機工況一定（即“、v、c基本 不變）及一定的設計條件（即L不變）時F是影響上述 分壓力的重要原因，即油封密封唇部螺旋槽的大小、角 度、方向、旋向、密封材料硬度及其彈性等將直接影響 到油封的分壓力以及彬響油封的密封性能。 4聚四氟乙烯油封在未來汽車上的應 用前景 聚四氟乙烯油封是一種技術含量較高的產品，在 國外80年代就已經開始研制，在我國還剛處于起步階 段，但已逐漸應用在國內中高檔轎車上,待別是發(fā)動機 上（排量在1.6L以上），如曲軸油封、主軸油封、凸輪 軸油封、氣門油封、主動齒輪軸油封等在發(fā)動機上的應 用已嶄露頭角，在不久的將來，聚四氛乙烯油封必將替 代丁膳橡膠油封、氛橡膠油封在現(xiàn)代汽車

12、或摩托車上 得到廣泛應用。 參考文獻 1袁海根，曾金芳，楊 志.聚四氟乙烯改性研究進展〔J]? 塑料工業(yè),2005（08）:10-13 2張慶.主動齒輪用聚四氛乙烯油封的研制及其應用 [J]?輕型汽車技術,2000（05） ：40 -43 （收 Hffl：2006-05-29） mHHSlS 1 1 1 WAHFAiMGDATA X 改性聚四氟乙烯油封在現(xiàn)代汽車發(fā)動機上的應用 作者： 何昌德，He Changde 作者單位： 臺州科技職業(yè)學院浙江臺州,318020 刊名： 小型內燃機與摩托車||廣：||「一 | 英文干刊名： SMALL INTERNAL COM

13、BUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE 年，卷(勒： 2007,36(3) 引用次數(shù)： 0次 參考文獻(2條) 1. 袁海根.曾金芳.楊志 聚四氟乙烯改性研究進展［期刊論文］-塑料工業(yè)2005(08) 2. 張慶主動齒輪用聚四氟乙烯油封的研制及其應用 2000(05) 相似文獻(10條) 1. 期刊論文 羅嗣林.LUO Si-lin 改性聚四氟乙烯油封在減速機上的應用 -煤礦機械2007,28(8) 減速機漏油既影響設備完好率又增加油耗量還污染環(huán)境現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展對設備環(huán)境提出了更高的要求對減速機的密封性能要求也更高目前已有 許多減速機的油封開始使用改性聚四

14、氟乙烯材料IFE)，并很好地解決了多年來減速機潤滑油的泄漏問題. 2. 期刊論文 夏福軍.房永.隋向楠.李建亮 改性聚四氟乙烯膜精細過濾器處理油田含油污水探索性試驗研究 -工業(yè) 水處理 2010,30(1) 試驗根據大慶油田含油污水的水質特,t開展改性聚四氟乙烯膜精細過濾技術處理油田含油污水的探索性小型試驗裝置現(xiàn)場試驗過試驗確定改性 聚四氟乙烯膜精細過濾應用于大慶油田含油污水處理技術上是可行現(xiàn)場試驗結果表明經改性聚四氟乙烯膜精細過濾處理后的出水水質能夠達到大慶 油田低滲透率油層回注水水質控制指標即:含油質量濃度＜8.0mg/L懸浮固體質量濃度垢.Omg/L、顆粒粒徑中值吃.0 ^m)并初

15、步確定了改性聚四氟 乙烯膜精細過濾器的結構和設計參數(shù)為下一步的放大試驗奠定了基礎. 3. 期刊論文譚瑩.丁慧石油采出水回注精細處理技術研究與應用 -勝利油田職工大學學報2006,20(5) 低滲透油層由于孔喉半徑小容易被堵塞所以注水工程技術中一個核心的環(huán)節(jié)就是注入水的深度處深度處理的關鍵技術是精細處理設備的研制 .改性聚四氟乙烯濾芯過濾器操作管理方t運行成本低適應油田生產和發(fā)展的需要利于環(huán)保具有較好的社會、經濟效益推廣前景廣闊在改性聚四氟 乙烯過濾器投入實際生產過程中建議應加強預過濾措施、嚴格控制進水指標、以延長濾芯壽命保過濾的穩(wěn)定性和高效性. 4. 學位論文王哲均勻化理論研究碳纖維

16、改性聚四氟乙烯力學性能 2007 隨著工業(yè)生產的日益發(fā)展，材料腐蝕問題越來越引起人們的關注，特別是在石油化工熱交換設備方面，材料腐蝕問題尤為突出?？紤]到優(yōu)良的耐腐 蝕性，聚四氟乙烯作為換熱設備材料逐漸被人們重視，但是由于聚四氟乙烯本身的力學性能不佳，限制了其大規(guī)模的應用。為了改善聚四氟乙烯的力學 性能，考慮以聚四氟乙烯為基體材料，添加力學性能優(yōu)良的碳纖維作為增強相，以達到提高以聚四氟乙烯為基體的復合材料力學性能的目的。 本文利用漸進均勻化理論，對具有周期性細觀單元結構的復合材料，解析了求解其有效彈性模量的過程，并且結合有限元理論，利用數(shù)值方法求解 了復合材料細觀位移場，復合材料有效彈性模量

17、、有效泊松比。 作者利用ANSY軟件、MATL數(shù)學工具，編寫了求解具有周期性細觀單元結構的復合材料有效力學性能的程序，并且利用已有的經典算例和以變分原 理為基礎的定界法驗證了理論和程序的雙重正確性，大大提高了求解復合材料有效力學性能的效率。為優(yōu)化復合材料的力學性能，避免重復性的實驗 ，提供了高效率的手段。 結合碳纖維改性聚四氟乙烯的實際問題，本文對于定向分布的碳纖維，建立了周期性細觀單元模型，并沿軸向將三維細觀單胞結構模型簡化為二維 平面結構模型，研究了碳纖維在不同體分比的情況下對聚四氟乙烯的力學性能的改善作用，為聚四氟乙烯基復合材料的選材提供了可靠的數(shù)值分析依據 和評價手段。 結果表明

18、：隨著碳纖維體分比的增大，復合材料的有效彈性模量也隨著增大。復合材料有效彈性模量在碳纖維體分比之前基本成正比例變化 ，當碳纖維的體分比超過5%時，有效彈性模量曲線斜率增速很快，這說明碳纖維改性聚四氟乙烯的力學性能的效果在顯著增強。 隨著碳纖維體分比的增大，復合材料的有效泊松比隨之而減小。復合材料有效泊松比在碳纖維體分比之前變化緩慢，當碳纖維的體分比超過 25%時，有效泊松比曲線斜率減速很快，并且隨著體分比的增大，復合材料有效泊松比逐漸趨近于碳纖維的泊松比。 5. 期刊論文 歐陽勇.李安星.崔昌峰.丁慧.高金慶.黃喬松 石油采出水回注精細處理技術研究與應用 -中國水運 (下半月)2008,

19、8(9) 介紹了新型采出水回注精細處理技術改性聚四氟乙烯濾膜技術的提出及研究方向并有針對性地進行了旋流網格布水技術和脈沖水流反洗技術的研 究,在小試和中試中成功地驗證了過濾及多項配套技椎進水含油量20mg/L懸浮物20mg/的條件下出水達到了3丫5329-94＜屑巖油藏注水水質 推薦指標■的A級注入水水質標準. 6. 學位論文賴仕全納米粒子改性聚四氟乙烯和聚酰亞胺的摩擦學性能研究 2005 無機納米粒子具有很強的小尺寸效應、體積效應、表面效應和協(xié)同效應，因而可以賦予納米復合材料許多獨特性能。通過添加納米粒子來改善聚合 物的摩擦學性能已經引起材料摩擦學界的廣泛關注。然而，迄今為止的許多相

20、關研究缺乏系統(tǒng)性，特別是有關納米粒子的種類、形狀、尺寸以及表面性 質等對納米聚合物復合材料的聚集態(tài)結構及摩擦學性能的影響等方面的研究則更是少人問津。針對上述問題，本論文分兩部分對聚合物納米復合材料的 摩擦學性能開展了較系統(tǒng)的研究。 首先以摩擦學性能較好且研究較多的結晶性聚四氟乙烯TFE為對象，用傳統(tǒng)方法制備了纖維形狀的凹凸棒T)和高硬度的超細金剛石JFD)納米 粒子填充的PTF復合材料，考察了不同處理方式和不同分散方法對復合材料的聚集態(tài)結構和物理機械性能及摩擦學性能的影響。 其次，利用聚酰亞胺PI)合成反應中允許添加一些含水物質的特殊性，用溶J凝膠方法成功地制備出含有不同尺寸的球狀的二氧化

21、硅O2)/PI納 米復合材料，通過與原位聚合的納米纖維狀AT/P復合材料的多方面性能對比，研究了納米粒子的粒徑及形狀對非晶性聚合物復合材料的物理機械性能 和摩擦學性能的影響。 在總結了兩種聚合物復合材料的摩擦學性能規(guī)律的基礎上，結合掃描電子顯微SEMI)透射電子顯微鏡TEM)能譜儀EDS)傅立葉紅外FTIR)以 及示差掃描量熱儀DSC等對復合材料本體、摩擦表面以及磨屑等多角度觀察和測試結果，探討了納米粒子對聚合物凝聚態(tài)結構的影響及其對材料摩擦學 性能的作用機理。 7. 期刊論文 吳曉晉.繆建平 氟醚改性聚四氟乙烯的研制及其應用 -化工生產與技術2004,11 (4) 從聚四氟乙烯的結構和

22、特性出發(fā)對醚改性聚四氟乙烯與普通聚四氟乙烯的性能作了比較&述了醚改性聚四氟乙烯的制造、檢測及其加工應用. 8. 期刊論文 楊軍.劉艷 聚四氟乙烯不粘涂層的研究-紙和造紙2004,""(6) 本研究選用聚四氟乙烯懸浮液為主要原樋過添加一些填料對其進行改性在鑄鐵試樣表面噴涂成型制備了性能優(yōu)良的不粘性涂料并且確定了改 性聚四氟乙烯涂層的涂裝工藝采用紅外光譜、X射線衍射和透射電鏡對涂層的組成和結構進行了分析試驗結果表明研制得的改性聚四氟乙烯涂層具有 優(yōu)良的不粘性、耐磨性、附著力、耐蝕性、耐高溫性等綜合性能. 9. 會議論文 徐下忠.吳周安.王樹華.劉建華改性聚四氟乙烯汽車油封材料的研究與發(fā)展 2

23、006 @@1概述 隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，對密封可靠性的要求越來越高，其所使用的密封尤其是旋轉軸油封承受的工況條件也愈來愈苛刻，它要求油封 能承受高低溫、高線速度、大負荷工作條件，并具有接觸摩擦阻力小、磨損量小、使用壽命長、耐介質、強度好、密封可靠等性能。為達到此目的，國 內外眾多發(fā)動機制造商、專業(yè)密封件廠)以及一些研究院所)一直在致力于提高汽車油封材料的性能和改進油封結構等工作。以巨化集團公司為依托 單位籌建的國家氟材料工程技術研究中心，一直將氟聚合物及其加工應用研究作為主要研究方向，在填充改性聚四氟乙烯E的研究及其產業(yè)化方面 也取得了一定的成果。本文就汽車用TF油封的發(fā)展、油封對材料的

24、要求以及國內改性TF油封材料的研究情況作簡要介紹。 10. 期刊論文 曲建俊.李顯凌.宋寶玉.QU Jian-jun .LI Xian-ling .SONG Bao-yu碳納米管改性聚四氟乙烯復合材料 的摩擦磨損性能研究-摩擦學學報2005,25(4) 評價了用不同含量碳納米管CNTs改性聚四氟乙烯PTFE復合材料的力學性能利用M M-2型摩擦磨損試驗機研究了)NT含量對PTF復合材料摩擦磨 損性能的影響借助于掃描電子顯微鏡觀察分析了試樣磨損表面及磨屑形并探討其磨損機理結果表明CNT能夠提即TF復合材料的硬度和沖擊強度 ，在本文研究范圍內當CNT的質量分數(shù)為％, PTF復合材料的力學性能最佳CNT能夠增力［PTF復合材料的摩擦系數(shù)、降低其磨損量當其質量分數(shù)為 10時,PTF復合材料的耐磨損性能最佳纖維狀碳納米管可以阻止?TFI帶狀結構的大面積破壞以及在摩擦過程中于偶件表面能夠形成轉移膜并隔離復合 材料與偶件的直接接觸是其減摩耐磨作用的主要原因. 本文鏈接： 下載時間：2010年月8日