一种无需炉后固化形成的弹性密封件以及形成弹性密封件的方法

摘要

一种弹性密封件(20)，例如用作汽车领域的轴密封，包括：化学结合至金属密封环(24)上的弹性化合物(22)，并且无需炉后固化步骤形成。该弹性密封件(20)提供与现有技术中采用炉后固化步骤形成的弹性密封件相似的优良的物理性能。该弹性密封件(20)具有6.0MPa～13.0MPa的弹性模量以及11.1MPa～14.8MPa的拉伸强度。该弹性化合物(22)包括52.0～68.0wt％的含氟弹性体，20.0～35.0wt％的硅酸钙，以及5.0～15.0wt％的硅藻土。该弹性化合物(22)在压塑或注射成型步骤中完全固化并化学结合至金属密封环(24)上而无需炉后固化步骤。本发明还涉及一种用于形成弹性密封件的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性密封件，例如用于汽车领域的轴密封，以及形 成该弹性密封件的方法。

背景技术

弹性密封件，例如用于汽车领域的轴密封，通常包括通过化学结合 到金属密封环上的弹性化合物。该弹性化学物可包括各种弹性体，聚合物， 以及填充剂，例如聚丙烯酸酯，乙烯丙烯酸，以及含氟弹性体。费德罗-莫格 尔公司提供了多种这样的弹性密封件的实例。

现有技术中的弹性密封件通过将弹性化合物成型到金属密封环上， 然后在成型步骤之后将该弹性密封件进行炉后固化至该弹性化合物被完全固 化并化学结合到金属密封环上形成。该炉后固化步骤的条件根据弹性化合物 的种类，以及弹性化合物的厚度和几何结构不同而变化。通常，该炉后固化 步骤在炉体中最低温度170℃下进行1～24小时，或者更长。因此，该炉后固 化步骤涉及大量的资本投入，人工成本，能量消耗，以及该弹性密封件制造 商的其他负担。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于形成弹性密封件的方法。该 方法包括将弹性化合物成型到密封环上。该弹性化合物包括，占该弹性化合 物的重量百分比的，52.0～68.0wt％的含氟弹性体，并且该密封环包括金属材料。 该方法还包括在成型步骤中将该弹性化合物化学结合到密封环上而无需在成 型步骤之后进行炉后固化步骤。

根据本发明的另一方面，提供一种包括密封环和弹性化合物的弹性 密封件。该密封环包括金属材料，并具有绕一中心轴延伸的多个表面，并且 该弹性化合物被化学结合至所述表面中的至少一个。该弹性化合物包括，占 所述弹性化合物的重量百分比的，52.0～68.0wt％的含氟弹性体。此外，该弹性 密封件通过包括以下步骤的工艺制造：将弹性化合物成型到密封环上，并将 弹性化合物化学结合到密封环上，其中，该化学结合步骤在成型步骤中进行 而无需在成型步骤之后进行炉后固化步骤。

通过取消该炉后固化步骤，本发明避免了在炉后固化设备中的资本 投入，执行炉后固化步骤的人工成本，以及在炉后固化步骤用于加热弹性密 封件的能量消耗。该弹性密封件还提供了优良的物理性能，包括与现有技术 中通过炉后固化步骤制造的弹性密封件相似的拉伸强度和弹性模量。

附图说明

结合附图以及参考以下详细说明，本发明的其他优点将更易于领 会，以及更好地理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的弹性密封件的俯视图；以及

图2是如图1所示的弹性密封件的仰视图。

具体实施方式

本发明的一个方面提供了一种形成弹性密封件20的方法，如图1 和图2中所示的弹性密封件20，用于密封和保护汽车应用中的金属轴(未示 出)免受油和杂物的污染。该弹性密封件20包括弹性化合物22，该弹性化合 物22包括化学结合到金属密封环24上的含氟弹性体(FKM)。该用于形成 弹性密封件20的方法包括：在一成型步骤中将弹性化合物22化学结合到金 属密封环24上并无需炉后固化步骤。通过取消该炉后固化步骤，与现有技术 中要求炉后固化步骤的弹性密封件的形成方法相比，其资本投入，人工成本， 能量消耗均大幅降低。

该形成弹性密封件20而无需炉后固化步骤的方法首先包括提供弹 性化合物22。在一优选实施例中，该弹性化合物22包括占弹性化合物22的 52.0～68.0wt％的FKM。该弹性化合物包括至少52.0wt％的FKM，或不超过 68.0wt％的FKM。该FKM是六氟丙烯和偏二氟乙烯的二聚体。该FKM可通 过以下供应商获得：杜邦，苏威苏莱克斯，3M，大金，以及其他FKM供应 商。

该弹性化合物22还包括允许该弹性密封件20被形成而无需炉后固 化步骤的多种预定含量的其他化合物。在一个实施例中，该弹性化合物22包 括20.0～35.0wt％的硅酸钙，或至少20.0wt％的硅酸钙，或不超过35.0wt％的硅 酸钙。该弹性化合物22还包括5.0～15.0wt％的硅藻土，或至少5.0wt％的硅藻 土，或不超过15.0wt％的硅藻土。在一个实施例中，该弹性化合物22包括 1.0～5.0wt％的炭黑，或至少1.0wt％的炭黑，或不超过5.0wt％的炭黑。该弹性 化合物22还典型地包括0.5～3.0wt％的双酚AF，其IUPAC命名为4-[1,1,1,3,3,3- 六氟-2-(4-羟苯基)-2-丙基]苯酚。该弹性化合物22还典型地包括0.1～0.5wt％ 的催化剂。该催化剂是一种可提高化学反应速率的物质。优选的催化剂是一 种鎓盐催化剂，例如1-氯-N,N-二乙基-1,1-二苯基-1-(苄基)磷胺，或苄基三 苯基氯化膦。该弹性化合物22典型地是双酚固化的并且含有0.5～3.0wt％的双 酚AF和0.1～0.5wt％的鎓盐催化剂。

该弹性化合物22还典型地包括允许该弹性密封件20被形成而无需 炉后固化步骤的预定含量的金属氧化物。在一个实施例中，该弹性化合物22 包括4.0～10.0wt％的金属氧化物，或至少4.0wt％的金属氧化物，或不超过 10.0wt％的金属氧化物。例如，该弹性化合物22可包括氧化镁，氧化钙，以 及氢氧化钙。在该实施例中，该弹性化合物22可包括3.0～5.0wt％的氧化镁， 0.5～2.0wt％的氧化钙，以及0.3～3.0wt％的氢氧化钙。

该弹性化合物22还典型地包括允许该弹性密封件20被形成而无需 炉后固化步骤的预定含量的加工助剂。在一个实施例中，该弹性化合物22包 括0.2～2.0wt％的加工助剂，或至少0.2wt％的加工助剂，或不超过2.0wt％的加 工助剂。在一个实施例中，该加工助剂包括蜡，脂肪酸衍生物，有机硅酮， 含氟聚醚衍生物，以及十八烷基胺中的至少一种。

该提供具有如上所述组成的弹性化合物22的方法典型地包括将这 些化合物在混合器中混合，例如密炼机，或开炼机，以形成该弹性化合物22。 随后该弹性化合物22被碾压成片材并被制备用于成型到密封环24上。在一 个实施例中，该弹性化合物22的片材被切割成环形预制件。在另一实施例中， 该弹性体被切割成大量条状物。

该方法的另一预备步骤包括提供密封环24。该密封环24可包括多 种不同构造，包括现有技术中的任意构造。该密封环24具有分别围绕中心轴 A周向延伸的顶面和相对的底面。该密封环24还提供面向中心轴A的内径表 面和相对的外径表面。该内径表面和外径表面可从密封环的顶面纵向延伸至 底面。该密封环24典型地由金属材料形成，包括现有技术中的任意金属材料， 例如钢。在一个实施例中，通过清洁该密封环24的表面，或通过施加粘合剂 或胶水(未示出)到密封环24上，对该密封环24进行准备工作，以便于进 行成型步骤。

该形成弹性密封件20的方法接下来还包括将该弹性化合物22成型 到密封环24上。该步骤首先包括将弹性化合物22和密封环24放置于成型装 置中，并将弹性化合物22放置于密封环24上。在一个实施例中，该成型步 骤包括压塑成型。在本实施例中，该弹性化合物22提供为环形预制件。该环 形在径向和轴向上的厚度根据应用的不同而变化，但是通常是在毫米量级。 该环形预制件随后被放置于压塑模具中的密封环24上。在另一实施例中，该 成型步骤包括注射成型，以及将弹性化合物22提供为多个条状物。该条状物 在径向和轴向上的厚度也根据应用的不同而变化，但是通常是在毫米量级。 该条状物可被注射到模具中并在模具中与密封环24接触。

如上所述，该形成弹性密封件20无需炉后固化步骤的方法包括在 成型步骤中将弹性化合物22化学结合至密封环24的至少一个表面上。该化 学结合步骤在成型步骤之后无需炉后固化步骤即可完成。这里描述的弹性化 合物22的组成以及工艺步骤允许弹性密封件20无需炉后固化步骤形成，避 免了在炉后固化设备中的大量资本投入，执行炉后固化步骤付出的人工成本， 以及在炉后固化步骤中加热炉体至高温的能量消耗。

该弹性化合物22和密封环24在成型装置中的温度、压力以及固化 时间根据弹性化合物22的几何结构和厚度的不同而变化。在一个实施例中， 例如当弹性化合物22提供为环形预制件或条状物时，该方法包括将弹性化合 物22加热到至少175℃下至少3分钟。该施加到弹性化合物22上的压力和温 度将弹性化合物22化学结合至密封环24上，因此无需进行炉后固化步骤。 换句话说，该弹性化合物22在成型步骤中在成型装置中完全固化。一旦弹性 密封件20从成型装置中移出之后，无需炉后固化步骤。

该化学结合步骤在将弹性化合物22成型到密封环24上时进行，为 弹性密封件20提供优良的物理性能，例如与那些通过现有技术包括炉后固化 步骤的方法形成的其他弹性密封件可比的物理性能。该弹性化合物22典型地 提供粘合失效，这是指在剥离实验中弹性化合物22与密封环24之间的结合 在弹性化合物22处失效。因此，弹性化合物22与密封环24之间的结合强于 弹性化合物22。

在该成型步骤中，该弹性化合物22可形成为围绕密封环24的多种 不同的形状。在图1和图2所示的实施例中，弹性化合物22绕中心轴A周向 延伸并覆盖密封环24的内径表面、外径表面以及顶面。该密封环24的顶面 由弹性化合物22完全覆盖，而底面未被覆盖且暴露于周围环境中。该弹性密 封件20被设计使得在汽车的运行中，沿着内径表面的弹性化合物22与车辆 的轴(未示出)配合并保护轴免受油和杂物的污染。

一旦弹性密封件20在成型装置中化学结合至密封环24上，将该弹 性密封件20从成型装置中移出。由于在成型步骤中已获得理想的物理性能， 因此在成型步骤之后也无需进行炉后固化步骤。因此，在弹性密封件20从成 型装置中移出之后，该方法包括将弹性密封件20维持在低于100℃的温度下， 优选为低于40℃的温度下，最优选为室温下。

现有技术中弹性密封件的炉后固化典型地包括将弹性密封件放置 于炉内，随后将该弹性密封件加热到至少170℃维持1～24小时，或者更长。 在现有技术的方法中，该炉后固化步骤在将弹性化合物从成型装置中移出之 后进行，并且对于将弹性化合物化学结合至密封环上是必要的。该现有技术 中的炉后固化步骤对于弹性化合物的完全固化从而使该弹性化合物获得理想 的物理性能也是必要的，例如预定的拉伸强度和弹性模量。如上所述，形成 弹性密封件20而无需炉后固化步骤相对于现有技术中包括炉后固化步骤的方 法减少了设备和人工成本，以及能量消耗。由于无需炉后固化步骤，该弹性 密封件20可在成型和修剪步骤之后立即打包进行运输和销售。无需使用后固 化炉，并且无需人力将弹性密封件20移入或移出炉体。

本发明的另一方面还提供了一种根据上述工艺而无需炉后固化步 骤形成的弹性密封件20。弹性密封件20成品的弹性化合物22是化学结合到 金属密封环24上的，并且包括52.0～68.0wt％的FKM，20.0～35.0wt％的硅酸 钙，5.0～15.0wt％的硅藻土，1.0～5.0wt％的炭黑，3.0～5.0wt％的氧化镁， 0.5～2.0wt％的氧化钙，0.3～3.0wt％的氢氧化钙，0.5～3.0wt％的双酚AF， 0.1～0.5wt％的催化剂，以及0.2～2.0wt％的加工助剂，其中，加工助剂包括蜡， 脂肪酸衍生物，有机硅酮，含氟聚醚衍生物，以及十八烷基胺中的至少一种。

该弹性密封件20成品的弹性化合物22还具有足够将该弹性密封件 20用作汽车领域的轴密封所需的模量，例如用作密封曲轴或凸轮轴。在一个 实施例中，根据ASTMD412测量时，该弹性化合物22具有6.0MPa～13MPa， 优选至少7.5MPa的弹性模量。此外，根据ASTMD412测量时，该弹性化合 物22的拉伸强度为11.1MPa～14.8MPa。在将弹性密封件20作为典型汽车应 用中的轴密封使用时，一部分弹性化合物22被压紧抵靠于轴并防止油和杂物 对轴的污染以提高汽车性能。

显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的，并且在 后所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。 这些在先的描述应该被理解为覆盖了本发明的新颖性、创造性以及实用性的 任意组合。此外，权利要求中的附图标记仅为了示出方便而不应以任意方式 解读为限制。