汽車門框密封條設(shè)計解析與研究

于涵，高宇燕

（華晨汽車工程研究院 閉合件工程室，遼寧 沈陽 110141）

汽車門框密封條設(shè)計解析與研究

于涵，高宇燕

（華晨汽車工程研究院 閉合件工程室，遼寧 沈陽 110141）

本文通過從密封條的產(chǎn)品性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品材料三個方面對車門門框密封條的設(shè)計過程進行了全方位的解析與研究。

汽車；密封條；性能；結(jié)構(gòu)；材料

CLC NO.:U463.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-61-05

前言

汽車門框密封條是汽車密封條產(chǎn)品當(dāng)中最重要的密封條之一，是車門密封系統(tǒng)的重要組成部分，其直接關(guān)系到乘客艙密封性的好壞，在整車密封性能評價當(dāng)中占主導(dǎo)地位。本文從門框密封條的產(chǎn)品性能分析人手，緊緊圍繞這些性能要求來實施產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料應(yīng)用工作。

1、門框密封條的產(chǎn)品性能解析

車門門框密封條是裝配于側(cè)圍的止口邊緣上的，實現(xiàn)車門與車身之間的密封與外觀裝飾作用（圖1）。由于車門存在打開與關(guān)閉兩種狀態(tài)所以，要求該密封必須能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)密封；車門密封條的性能一般從使用、裝配、售后維修、法規(guī)等幾個方面進行考量。

1.1 門框密封條的產(chǎn)品使用性能

通過對國內(nèi)外大量的門框密封條相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，門框密封條需要滿足的性能要求詳見表1。以下分別對這五項性能進行解析討論。

表1 門框密封條的使用性能要求

1.1.1 乘客艙的密封性能

乘客艙的密封性能是門框密封條的主要功能。其性能的優(yōu)劣直接影響到整車的密封性能，影響整車產(chǎn)品的質(zhì)量。其性能的具體的評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 乘客艙密封性能的評價方法

1.1.2 裝配的牢固度

車門門框密封條是通過其自身結(jié)構(gòu)中所帶的“U”型的金屬骨架以及加持位置的彈性結(jié)構(gòu)來提供足夠的加持力，以實現(xiàn)與側(cè)圍止口的連接固定，為保證其裝配牢固不出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，密封條必須具備一定的保持力。如果僅考慮裝配牢固，拔出力是越大越好，但實際應(yīng)用中往往是設(shè)定一個最小值來控制其牢固度，這是因為過大的拔出力，會同時帶來過大插入力，導(dǎo)致操作者裝配困難，生產(chǎn)效率下降。通過對比分析，拔出力一般控制在≥60N/100mm，拔出速度為200mm/min；

1.1.3 產(chǎn)品的耐久性

密封條所使用的高分子彈性材料在使用過程中都會存在不同程度的老化、磨損現(xiàn)象。通過研究分析，國內(nèi)外各汽車生產(chǎn)廠商對門框密封條在產(chǎn)品耐久性方面的要求有12個方面。

①成品伸長率：

A、常溫常態(tài)成品伸長率：準(zhǔn)備大約120mm長10mm寬的測試密封條，這些試件需要從標(biāo)準(zhǔn)樣本或成品上截取。測試密封條安裝在拉伸試驗機上，以200mm/min的速度拉伸，拉抻長度要求+100%。當(dāng)拉伸100%之后，不可以有剝落或裂紋產(chǎn)生。

B、加熱后的伸長率：該測試的目的是為了測量在正常使用中的熱老化帶來的性能改變。當(dāng)拉伸90%之后，不可以有剝落或裂紋產(chǎn)生。

C、老化后的伸長率：熱老化拉伸實驗是為了驗證模擬老化后的表面處理粘接強度。模擬老化后，長120mm寬10mm的表面處理實驗件取至實驗樣本或成品件。測試密封條安裝在拉伸試驗機上，以200mm/min的速度拉伸，拉抻長度要求+90%。當(dāng)拉伸90%之后，不可以有剝落或裂紋產(chǎn)生。

D、恒溫冷凝水后的斷裂伸長率: 冷凝水拉伸實驗是為了驗證在冷凝水存儲后的表面處理粘接強度。模擬老化后，長120mm寬10mm的植絨密封條實驗件取至實驗樣本或成品件。測試密封條安裝在拉伸試驗機上，以200mm/min的速度拉伸，拉抻長度要求+90%。當(dāng)拉伸90%之后，不可以有剝落或裂紋產(chǎn)生。

②低溫彎曲實驗:

低溫彎曲實驗是密封條在低溫箱中儲存后，帶表面處理的測試樣件彎曲纏繞在圓管上。準(zhǔn)備實驗試件200±5mm長，4±1mm寬，厚度1-2mm，環(huán)境溫度設(shè)定在-40±3℃持續(xù)24± 0.5h。實驗方法：在一個半徑25±0.5mm的測試管上彎曲密封條試件180°，表面處理零件面朝外。實驗結(jié)果：不可撕裂。

③耐磨損試驗：

取長度在100mm的門框密封條，安裝在試驗夾具上，見圖3，摩擦頭一般采用表面鍍鉻處理，摩擦速度60次／min(往返為1次)，摩擦沖程50mm，預(yù)加載荷使斷面壓縮高度分別為門框設(shè)計間隙H和最小間隙H一2mm，經(jīng)過1O00次摩擦后，目測零件表面不允許有破損現(xiàn)象出現(xiàn)。

④密封條分離力測試：

針對噴涂密封泡管的分離力測試。準(zhǔn)備100mm或200mm長的密封條時間使他們壓在類似壓力實驗的夾具上用噴霧瓶將低張力水蒸發(fā)到密封條樣件表面。按照壓力測試夾緊夾具，用螺絲固定。將夾具至于80℃高溫箱儲存72h，然后等試驗夾具冷卻1小時（室溫）打開夾具時判斷分離力，并制成圖表分離力不可超過10N/200mm，或5N/100mm。

⑤壓縮永久變形測試：

密封條在壓縮位置放置在80℃溫度箱內(nèi)96h，然后將夾具放在室溫冷卻；

按以下的數(shù)值公式計算永久變形(DVR)，%：

式中：

h0=未加載狀態(tài)下試樣的高度；

h1=壓擠狀態(tài)下試樣的高度；

h2=卸載后試樣的高度；

結(jié)果：變形不可大于40%。變形量及變形特性等必須被記錄。

⑥密封條密實膠與海綿膠扯斷力試驗：

試驗裝置由上、下一組夾具組成，其結(jié)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。夾具應(yīng)能確保試驗中牢固地夾住試樣，拉桿直徑應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品要求選用，常見結(jié)構(gòu)如求老化后的試樣同老化前的試樣相比，不允許有分解、變脆、龜裂、變色等缺陷。

密封條有鋼帶骨架，則連接部分必須做防腐處理。密封條不得撕裂，分離。按照ISO 9227的要求，在中性鹽霧試驗箱中72h，不可生銹。

⑦漆面腐蝕性試驗。取長度在100mm的門框密封條，將其密封部位與淺色涂漆板壓縮接觸并固定后放人80℃烘箱24h后，涂漆板油漆表面不應(yīng)有污染。

⑧耐污染試驗：

將橡膠部件放在一塊用維恩石灰清潔過的且又用酒精干燥了的，規(guī)格尺寸為（3+1）mm×（20+1）mm；厚度最大為0.5mm的電解銅金屬板上，再將這放在70mm×50mm玻璃底板上。因此，載重量包括有玻璃板，這樣施加在試件上的支承（接觸）壓力約有2.2×10-2N/mm2。然后一同放進熱老化箱試驗溫度為（100±2）℃，試驗時間為（24-20）小時，試驗時間到達(dá)以后將試樣取出進行評定，要求電解銅沒有變黑。

⑨耐臭氧老化試驗：

從制品上裁取150mm長的試樣，將其用漆包線或等同物品固定在玻璃板上，按照GB/T7762-2003規(guī)定的方法A進行試驗。試驗臭氧濃度為：200pphm試驗溫度為：（40±2）℃；試驗測試時間為：48h。而后取出試樣并用10倍放大鏡檢查試樣表面是否有表面裂紋、斷裂現(xiàn)象。

⑩人工氣候老化試驗：

人工氣候老化試驗按GB/T12831-1991規(guī)定的方法進行。玻璃導(dǎo)槽密封條試驗條件；黑板溫度（55±3）℃，相對濕度60%～70%，降雨周期為120min，其中降雨18min，間隔干燥102min，輻射強度（1000±200）W/m2，試驗時間為300h；門框密封條試驗條件；黑板溫度（55±3）℃，相對濕度60%～70%，輻射強度（1000±200）W/m2，試驗時間為150h。要

門框密封條安裝于標(biāo)準(zhǔn)車身上，車門開啟關(guān)閉的速度為1．5rn／s，車門開關(guān)1次為1個循環(huán)，經(jīng)過50000次循環(huán)后，目測門框密封條應(yīng)元明顯缺陷。

1.1.4 對聲音、氣味、外觀完整美觀性的要求

門框密封條不僅是功能件，而且還是重要的裝飾件。所以各汽車生產(chǎn)廠商對門框密封條在聽覺、嗅覺、視覺方面還有具體的性能要求。

①聲音要求。在車門關(guān)閉或開啟的過程中，門框密封條不允許產(chǎn)生干擾噪音，主要是指密封管的排氣或吸氣哨聲或吱嘎聲。

②氣味要求。門框密封條不能散發(fā)不良?xì)馕段廴咀搩?nèi)的空氣。

③外觀完整、美觀性要求。門框密封條應(yīng)與座艙內(nèi)部組件和諧統(tǒng)一，表面應(yīng)無鼓包、劃痕、裂紋、塌陷、皺褶、色差等外觀缺陷，裝飾花紋應(yīng)清晰均勻。

1.1.5 車門關(guān)門效果

門框密封條對車門開關(guān)效果的影響主要表現(xiàn)在各種環(huán)境條件下車門的開啟關(guān)閉力值和噪音。

①壓縮荷重(曲線)。車門關(guān)閉或開啟的力值可以通過實車試驗來具體測得（見圖6），在密封條上是通過密封部位的壓縮荷重值來進行設(shè)計和控制的。壓縮荷重值越大，車門的關(guān)閉開啟力越大，門框密封條的密封性越好；相反壓縮荷重值越小，車門的關(guān)閉開啟力越小，門框密封條的密封性越差。因此在考慮門框密封條的壓縮荷重值時，應(yīng)綜合考慮乘客艙的密封性能和車門的開關(guān)效果性能，通常其取值是在一定的合理區(qū)間。

②冷凍粘連性能。門框密封條安裝于標(biāo)準(zhǔn)車身上，經(jīng)過淋雨試驗后放在一15℃的環(huán)境下，直到殘留在車身上的水結(jié)

成冰后進行開門試驗，此時車門必須可以開啟，同時門框密封條的密封泡管不允許撕裂。

③ 車門開啟噪音性能。將門框密封條安裝于標(biāo)準(zhǔn)車身上，測量車門在開啟瞬間的最大噪音分貝值，一般轎車要求其值≤80dB。

1.2 門框密封條的裝配性能

由于目前的汽車整車總裝生產(chǎn)線均為流水線，對生產(chǎn)節(jié)拍要求十分嚴(yán)格，因此對門框密封條的裝配性能有以下3個方面的要求。

1.2.1 插入力的要求

門框密封條在裝配時插入力越小越好，但是為保證其裝配牢固度，過小的插拔力必然導(dǎo)致拔出力下降，因此門框密封條的插入力一般控制在≤60N/100mm，插入速度為200mm/min。

1.2.2 接頭強度

由于門框密封條根據(jù)密封間隙及外觀的需要往往在轉(zhuǎn)角部位需要模壓接頭，或?qū)㈤T框密封條模壓直接頭為一個封閉環(huán)狀，為保證門框密封條在安裝過程中抗拉伸或彎曲的強度，通常對門框密封條的接頭強度作如下要求：

①接頭扯斷力。沿接頭軸向拉伸測量其扯斷力值，通常要求≥100N。

②接頭彎曲強度。接頭區(qū)繞R=30mm的圓柱彎曲后結(jié)合面上不允許出現(xiàn)開裂。

③產(chǎn)品標(biāo)識由于一般汽車有4個車門，其4個門框密封條左右對稱，前后相似，極易混淆，為此必須在產(chǎn)品上做出醒目標(biāo)識進行區(qū)分。同時為了滿足產(chǎn)品的可追溯性的要求，還需要對產(chǎn)品進行噴碼標(biāo)識，包括供應(yīng)商名稱、零件號、生產(chǎn)批次、生產(chǎn)年月日、材料類別等信息。

1.3 門框密封條產(chǎn)品維修／維護性能

各汽車生產(chǎn)廠商對門框密封條在維修／維護方面有5項具體要求。

① 反復(fù)拆卸及安裝性能。門框密封條在反復(fù)拆卸和安裝3次以后，其拔脫力降低程度≤15%，同時不能出現(xiàn)變形、破裂、劃痕等外觀缺陷。

② 可互換性能。拆下舊的或已損壞的門框密封條，在重新安裝新的密封條后，無需調(diào)整或更換其它的相關(guān)零部件。

③耐漆房烘烤性能。當(dāng)汽車車身漆面受損需要進行維修時，門框密封條在經(jīng)受漆房烘烤后其各種性能不允許下降，通常是將門框密封條置于110℃的烘箱內(nèi)30min后并對其進行各項性能檢測。

④ 耐洗滌液性能。汽車門框密封條必須耐受各種汽車洗滌液的腐蝕而不能有性能上的降低。

⑤耐防腐劑和去防腐劑的性能。由于在汽車整車的海運運輸過程中，為防止海水的腐蝕需要對整車進行防腐劑處理，因此門框密封條必須耐受防腐劑和去防腐劑的腐蝕而不能有性能上的降低。

1.4 法令法規(guī)

目前涉及到門框密封條的法令法規(guī)主要有兩個方面：

1.4.1 阻燃性能：按照國標(biāo)GB 8410汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性，水平燃燒速率≤100mm／min。

1.4.2 禁用物質(zhì)管理規(guī)定：應(yīng)符合生產(chǎn)和銷售國家、地區(qū)的禁用物質(zhì)管理規(guī)定。

2、門框密封條的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

門框密封條的斷面結(jié)構(gòu)主要包含兩個重要的組成部分，即起安裝固定的裝卡部位和起密封作用的密封部位。其中密實膠內(nèi)含有金屬骨架，以加強定型與固定作用；海綿膠泡管有受壓變形、卸壓反彈的功能，保證關(guān)門時的密封作用；此外，唇邊部分有裝飾作用，如由彩色膠構(gòu)成或貼有織物，色彩更加美觀，見圖7；

2.1 密封部位結(jié)構(gòu)設(shè)計

在各種形狀結(jié)構(gòu)中，中空的泡管結(jié)構(gòu)是最佳選擇，因為這種結(jié)構(gòu)在壓力作用下能產(chǎn)生較大的變形及吸收沖擊能量，抗變形力小，當(dāng)壓力撤出時能及時釋放能量恢復(fù)原形。泡管結(jié)構(gòu)的好壞主要取決于空腔的數(shù)量、泡管形狀、泡管壁厚、泡管高度、泡管位置等因素。

2.2 裝卡部位結(jié)構(gòu)設(shè)計

門框密封條的裝卡部位主要為密封條提供合適的插人力、拔脫力和裝飾效果。為便于密封條的安裝與拆卸，一般選擇帶有密封齒的“U”型結(jié)構(gòu)，因為這種結(jié)構(gòu)在“U”槽的頂部提供了一個便于門框止口邊緣自由進出的開口，同時“U”槽的三個側(cè)邊又對門框止口邊緣提供了保護和裝飾作用。由于“U”型槽的兩個側(cè)邊為懸臂梁結(jié)構(gòu)，如果僅靠橡膠自身的機械強度是無法提供和保證拔脫力所需要的壓力，因此通常需要在“U”型槽壁中嵌入金屬骨架以增加強度。門框密封條的“U”型槽裝卡部位主要包括金屬骨架、密封

齒、外裝飾面等部分，見圖8。

2.3 產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

門框密封條是對整個車門框起密封作用，除了要關(guān)注門框密封條的斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計外，還應(yīng)該關(guān)注門框密封條的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.3.1 總體外形結(jié)構(gòu)

門框密封條的總體外形結(jié)構(gòu)可分為開放型和封閉型。

①開放型。是指門框密封條的兩個端頭不需要通過模具將它們接在一起，僅僅是在裝配時將兩個端頭對齊安裝，通常是將接縫位置放在車門門檻位置。

② 封閉型。是指門框密封條的兩個端頭需要通過模具將它們接在一起形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

2.3.2 排氣孔

由于密封部位采用的是泡管結(jié)構(gòu)，考慮到車門關(guān)閉和開啟時會造成密封泡管內(nèi)外壓差不一致，導(dǎo)致車門關(guān)閉開啟困難，解決辦法是在門框密封條的密封泡管上沿總長方向均勻打出 3～ 4mm左右的排氣孔，根據(jù)排氣量的大小，排氣孔的問距一般在100～300mm之間選擇為宜。

2.3.3 裝卡部位的防水性

為改善中高檔次門框密封條裝卡部位的防水性能，需要在門框密封條裝卡部位“U”型槽的底部或側(cè)部沿全長范圍灌注能長期保持粘性的密封膠(通常為丁基膠)。對于中低檔的門框密封條為改善裝卡部位的防水性能也可以在其“U”型槽的底部設(shè)計海綿擋塊，或者將裝卡部位的一兩個密封齒設(shè)計為海綿齒，也可以在“U”型槽靠外的端部增加一些海綿防水齒來解決。

2.3.4 密封部位的表面涂層

為改善中高檔次門框密封條密封部位表面的耐磨性和冷凍粘連性能，需要在其密封泡管的外表面沿全長范圍噴涂有機硅涂層材料。

3、門框密封條材料性能及選擇

目前制造汽車門框密封條的主要原材料是三元乙丙橡膠(EPDM)。該材料具有較高的硫化速度、良好的擠出工藝性能、優(yōu)異的耐臭氧及耐氣候老化性能。根據(jù)門框密封條不同部位的性能要求，一般存在海綿膠和密實膠兩種狀態(tài)，同時為了滿足門框密封條的多種性能要求，還需要采用許多的輔助材料，如鋼帶、鍍鋅鋼絲、絨布等。

3.1 密封部位材料性能及選擇

為保證門框密封條密封部位具有良好的密封性能，一般選用柔韌易變形的海綿橡膠，該類海綿橡膠所需要達(dá)到的物理機械性能見表3。

在選擇海綿橡膠時，海綿橡膠的密度是一個很重要的參數(shù)，它通常決定了門框密封條產(chǎn)品壓縮荷重值的大小，壓縮荷重值與海綿膠的密度成正比，即密度越小荷重也愈小，密度越大荷重越大。

表3 海綿橡膠物理機械性能

3.2 裝卡部位材料性能及選擇

門框密封條的裝卡部位通常采用密實橡膠，以保證其具有良好的機械強度，該類密實橡膠所需要達(dá)到的物理機械性能見表4。

表4 密實橡膠物理機械性能

門框密封條裝卡部位的特點是既需要一定的機械強度來滿足產(chǎn)品拔脫力的要求，又需要一定的柔韌性來滿足產(chǎn)品自由彎曲的要求，這就要求所選用的密實橡膠的硬度要適中。為了改善裝卡部位的防水性能，通常采用一些海綿齒來進行輔助密封，這些海綿齒的材料同密封部位所用海綿膠。

4、結(jié)論

在中國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展的今天對汽車密封條，尤其是轎車門框密封條的性能要求愈來愈高，不僅需要具有優(yōu)良的密封性，而且更要美觀、安全和環(huán)保。在此需求的推動下，汽車門框密封條技術(shù)不斷推陳出新。

本文通過對車門門框密封條從性能、結(jié)構(gòu)、材料三個方面的設(shè)計過程的解析與研究，為后續(xù)的創(chuàng)新搭建了一個良好的平臺。

[1] GB-T21282-2007乘用車橡膠密封條.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社發(fā)行，2008.

[2] 王艷秋，橡膠材料基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 鐘榮，中國橡膠市場年鑒，中國計量出版社，2006.

Automotive Door Sealing Design Research

Yu Han, Gao Yuyan
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute Closure& Accessory Department, Liaoning Shenyang 110141）

In this article, described the design process of door sealing from three aspect performance of sealing, structure design, material.

Automobile; Sealing; Performance; Structure; Material

U463.6

A

1671-7988(2014)08-61-05

于涵，就職于華晨汽車工程研究院。