在工业生产中,经常需要密封多个组件之间的接合缝隙,从而防止空气、灰尘、水和腐蚀性化学物品的渗入。密封性能对于电子工业、汽车工业、机械工程与工艺工程而言至关重要。它们在各行各业均有典型的应用。
在某种程度上,组件可以用纯结构的方式进行密封,而不用任何附加的密封技术。不过,随着要求不断提高,可能必须使用单独的密封件。
在工程领域,设计组件的几何形状时就要考虑这一点,确保可以将静态密封件插入接合缝隙。根据热力学、化学和机械方面的不同要求,工业密封件通常由橡胶、硅树脂、热塑性弹性体或聚四氟乙烯构成。以下是各类工艺的介绍:
橡胶垫圈密封
橡胶是最常用的密封件材料。以橡胶为基材的产品密封性能非常好,在 100 °C / 24小时的标准条件下,氯丁橡胶的压缩永久变形通常为 20 - 30 % 。此外,此类橡胶牢固、耐热、耐化学腐蚀、能承受机械应力,且材料成本低。但它们也有劣势,尤其是在将它们整合进生产过程中时。如果密封形状是圆形的,那么这一劣势不算明显,况且O型密封环还是最为经济实惠的解决方案。然而,如果使用密封绳或者密封胶带(例如用于密封各种外壳),那么高效率的生产过程会变得更为复杂。在这种情况下,需要额外地用手工方式接合绳带的两端,这代表着又多了一项耗时耗力的工序。冲压或硫化的方式能够制造更复杂的橡胶形状。这样做可以简化生产过程,但只有在产量高的情况下才能显现效率,因为每种形状都必须进行昂贵的开模。
热塑性弹性体密封
由热塑弹性体 (TPE) 制成的密封件是另一种选择。可以用注塑成型的方式将他们直接粘附在组件上。它们坚固、耐磨、能够牢固地粘附在工程塑料上(例如 PA、PC 或 PBT),达到防渗漏的密封效果。在室温环境下,TPE的性能与传统的人造橡胶类似。不过,热塑性组件使用温度限制在 80 到 100℃ 之间,更高的温度会使压缩永久变形随之增加。用途广泛的 TPU 的压缩永久变形大约为 80 % (100 ℃ / 24小时),其它类型的 TPE 可能达到 50 % 左右。
注塑工艺比硫化工艺简单,然而不容忽视的是,虽然TPU的加工方式较为温和,但每一种形状都需要单独的模具。此外,为了避免在额外的加工步骤中反复地插入组件,需要一台多组件注塑成型加工机。
液态垫圈密封
使用液态垫圈,则不需要如此投入成本。这些垫圈流动性低,是高粘度的粘合剂产品,可以根据需要的高度和形状进行点胶,然后让它们在应用的位置完成固化。由于灵活度高,它们适用于复杂的组件几何形状,甚至是三维形状。液体密封件与固体密封件相比的另一项优势是,他们绝大部分可以停留在粗糙的坡度上,因此能够更好地密封有起伏的表面,给生产商留出了更大的容许度。
与复合橡胶或 TPU 密封件相比,它们所需的加工步骤更少,减少了机器的设置时间,废品率比模切更少。一套系统足以生产各种组件,用户可以轻易实现生产过程自动化。粘合剂内可以添加荧光剂,在质量控制过程中可以用光学设备探测出胶滴是否有缺陷。并且不需像固态密封件那样,需要保持一定库存,因此也节省了开支。
到目前为止,液态垫圈经常以硅树脂或聚氨酯为基材。然而,这些双组分系统固化速度慢,因此更适合大型组件或小规模生产。如果是大规模生产,液态垫圈相较于TPU或橡胶密封件,虽然更为便捷灵活,却在加工速度方面处于劣势。 不过目前,适合于大规模生产的、单组分的光固化丙烯酸粘合剂也早已面市。通过高光强的紫外线确保粘合剂在几秒之内达到其最终强度,缩短了周期时间,点胶之后即可直接加工组件——这些都是高产量的必需条件。
这种材料能够很好地恢复形状,因此在接合之后能够达到可靠的密封效果:压缩永久变形最多为10 % (85 °C, 24 小时) ,在压力消除之后可以恢复到原来的形状。它有多种表干的版本,可以重复地拆卸。不仅如此,这些基于丙烯酸的密封件就地成型,防水性能很高,可达到 IP67 的要求。它们不含水性油漆干扰物和溶剂,使用温度范围在 - 40 到 120 °C 之间。
二合一:密封与粘合一步到位
如果密封件明确不可拆卸,那么密封粘合就是最理想的加工方案。这种方式可以做成任何形状,并使用荧光剂来进行质控。此外,粘合剂不仅把各个组件密封住,还把它们永久地连接在一起。如此一来,对空间的要求也降低了。由于不再需要用螺丝固定,这种工艺非常适用于微/小型化元件,且精简了生产步骤。
光固化丙烯酸与环氧树脂尤其适合高产量应用。可根据热力与化学性能方面的要求选择合适的产品。环氧树脂的温度稳定性略高,而丙烯酸的柔韧性更好,固化速度更快。
另外,这两个系列均有可双固化的产品。无论是在烘箱里固化,还是室温固化,这两类粘合剂甚至在阴影区域都能实现完全固化。
CIPG和FIPG密封为何会脱颖而出?
现场成型密封(CIPG、FIPG)
FIPG工艺能够在复杂形状和尺寸的密封面上形成连续、均匀的垫片,确保密封的完整性和精确性。这种精确性有助于防止液体、气体或固体颗粒的渗透,提高设备的密封性能。该工艺对不同的材料表面(如金属、塑料、玻璃等)具有良好的附着力和兼容性,能够在各种环境下提供稳定的密封效果。FIPG工艺通过自动化点胶系统实现在线实时应用,省去了裁剪、安装预制垫片的工序,显著提高了生产效率。采用的密封材料通常具有出色的耐候性能,包括耐高低温、抗紫外线辐射、抗氧化、抗老化等,能够在恶劣环境下保持稳定的密封效果。
CIPG工艺是一种先进的液态密封技术,它允许在密封面上直接涂布液态密封胶,并通过特定的固化过程(如紫外线照射或加热)形成坚固的密封垫。这种技术具有多种优点,使其在许多工业领域中得到广泛应用。CIPG技术卓越的密封性能,能够形成连续、无接缝的密封层,有效防止气体、液体和灰尘的渗透,确保产品的密封性和可靠性。适应各种复杂结构和形状,提供最佳的密封效果。与传统的预制密封垫相比,CIPG技术无需额外的加工和装配步骤,减少了材料和人工成本。此外,CIPG密封垫可以精确控制涂胶量,避免浪费。提高生产效率可以实现快速固化和自动化生产,显著缩短生产周期。CIPG密封胶通常采用环保材料制成,符合环保要求。同时,CIPG技术减少了废弃物和有害物质的产生,对环境友好。
CIPG:由于其高可靠性和灵活性,CIPG工艺在电动汽车、航空航天、医疗器械等对密封性能要求极高的领域得到广泛应用。例如,电动汽车上的电子产品和连接器常采用CIPG工艺以确保防水密封性能。
CIPG、FIPG密封工艺