郭珩 張瑞

（天津內燃機研究所天津300072）

淺述摩托車發(fā)動機金屬復合橡膠氣缸蓋墊片

郭珩 張瑞

（天津內燃機研究所天津300072）

金屬復合橡膠板是指以幾種不同材質鋼板為基材，表面經化學處理后與橡膠復合而成的環(huán)保密封材料，是當今摩托車發(fā)動機缸蓋墊的主打產品，為我國摩托車提供了可靠的密封產品。

金屬復合橡膠板氟橡膠化學插層材料

引言

過去，摩托車發(fā)動機氣缸蓋墊片密封材料采用的是石棉復合板、石棉纖維橡膠金屬復合板、石墨金屬復合板等。缺點是存在“漏油”問題，而且石棉纖維對人體有危害，在美日歐等發(fā)達國家已禁止使用石棉制品[1～3]。盡快研制出一種滿足發(fā)動機密封要求、低成本的新型高物理性能、環(huán)保性的密封材料來替代傳統(tǒng)石棉鋼架復合板迫在眉睫。

1 金屬復合橡膠板的材料結構及組成

金屬復合橡膠板是指以幾種不同材質鋼板為基材[1]，表面經化學處理后與橡膠復合而成的環(huán)保密封材料（見圖1），主要由金屬基材和橡膠涂層組成。

1.1 金屬基材

金屬基材的作用是提供材料的強度和抗變形能力[2]，厚度一般為0.2～0.25mm，可根據使用環(huán)境的不同分別選用不銹鋼、碳鋼、鋁及合金、其他金屬及合金等作為摩托車缸蓋墊的基材。

圖1 金屬復合橡膠板（MCR）

為確保橡膠與金屬良好結合，首先必須對金屬進行表面處理，以使金屬表面純凈、不沾染雜質污物，確保具有較高表面能，與表面能較低的橡膠材料潤濕性良好，從而獲得高粘接力。表面處理常用脫脂法、化學處理法等。其中脫脂法主要用于金屬表面油脂的清除，化學處理法主要采用酸堿溶液處理，處理質量均勻，經濟有效，適應面廣。

1.2 橡膠涂層

橡膠涂層目前主要以丁腈橡膠（NBR）和氟橡膠（FKM）為主，橡膠涂層的品質和厚度主要取決于復合材料的應用目的和使用場合。MCR復合材料的基本性能如壓縮回彈性能、密封性能、耐介質性能、抗振吸音性能、抗蠕變松弛性能等主要取決于橡膠涂層的品質、厚度及與金屬基材的粘結。橡膠品種的選取主要由材料的使用溫度和耐介質能力決定，通常150℃以下以丁腈橡膠和氫化丁腈為主；150℃以上則主要考慮氟橡膠和纖維增強橡膠復合材料。

為適應缸蓋墊的高溫，MCR主要選用氟橡膠。為提高氟橡膠的綜合性能，還需要在氟橡膠中加入液晶化學插層雜化材料，幾乎所有的聚合物都需要高分子助劑，通過添加助劑來獲得性能優(yōu)越，價格低廉的制品。含離子的液晶化學插層雜化材料，無論是主鏈還是側鏈，大分子中均具有大量的剛性介晶單元和一定量的柔性間隔基，這些結構特點決定了拉伸強度達200MPa，彈性模量達20GPa以上等優(yōu)異的性能，隨著含離子的液晶聚合物含量的增加，材料韌性大大提高，還能顯著改變界面性能，起到界面增容劑的作用。

納米復合材料指的是基質中分散相的尺寸至少有一維小于100nm數(shù)量級的復合材料。由于納米尺度效應、大比表面積及強界面相互作用，納米復合材料的物理力學性能優(yōu)于相同組分的常規(guī)復合材料，將含離子的液晶聚合物與層狀硅酸鹽的復合插層材料用于橡膠助劑，對氟橡膠改性是MCR的大膽創(chuàng)新之處。

應用液晶納米插層雜化材料技術處理的氟橡膠，通過加工和復合工藝優(yōu)化，極大降低了氟橡膠在高溫下的永久壓縮變形率（250℃×72h）由原20%減小到11%；提高了橡膠強度，拉伸強度（250℃×72h）明顯增強，由原12MPa增加到15MPa；熱穩(wěn)定性明顯增強；橡膠與金屬更牢固地結合，以實現(xiàn)高效、耐久、環(huán)保的密封效果。

2 制備工藝

金屬復合橡膠板制備工藝流程框圖如圖2所示，主要包括金屬基材的預處理、氟橡膠的改性和煉制、改性后的氟橡膠與金屬基材的復合及硫化和成型。

圖2 金屬復合橡膠板制備工藝

金屬基材的預處理主要包括金屬基材的表面除銹、清洗、活化，粘結劑或表面處理劑的選用及涂敷。預處理的目的主要是為了確保金屬與橡膠涂層間有良好的粘結強度，防止復合材料加工、使用過程中出現(xiàn)分層、脫落現(xiàn)象。

橡膠的煉制主要包括納米插層雜化材料的配制、橡膠的改性、混煉和配制，這是研制金屬復合橡膠板性能的關鍵和難點。

氟橡膠與金屬基材的復合是整個金屬復合橡膠板制備工藝的核心，直接決定復合材料制備工藝的成敗。

3 金屬復合橡膠板（MCR）使用現(xiàn)狀及展望

金屬復合橡膠板（MCR）于2006年起開始在江門大長江摩托車公司試用，2007年開始在各大摩托車整車廠切換傳統(tǒng)石棉鋼架復合板和國外高價的金屬復合橡膠板，廣東板塊超過80%摩托車企業(yè)和重慶板塊隆鑫、宗申、力帆、建設YAMAMHA等都在使用MCR材料，近年來已在全國摩托車發(fā)動機生產廠全面使用。并取得了非常理想的密封效果。

但是，金屬復合橡膠板（MCR）只是基本達到國外進口密封材料的性能要求，在高溫下的壓縮變形率、拉伸強度、粘合強度及耐溫性方面差距明顯，隨著世界摩托車技術向著低排放、大功率、高增壓發(fā)展，密封墊片的耐高溫性能及密封要求也會越來越高。目前，金屬/氟橡膠—納米雜化材料復合密封板二代（MCR2）已在長春藍天密封技術有限公司研制成功，MCR2是一種既能滿足高檔發(fā)動機密封要求，又能降低成本的新型耐高溫、密封性強、環(huán)保的密封材料升級產品，通過不斷改進和完善現(xiàn)有產品的質量和加工工藝，以產品性能的一致性、均勻性、可重現(xiàn)性和可預報性，最大程度地滿足摩托車發(fā)動機缸蓋密封墊的需求。

金屬橡膠復合板已在國內外應用多年，國內外均能生產，單從墊片種類看不出材料的新穎之處。只有生產廠用好的金屬材料，好的液晶化學插層雜化材料，好的工藝制作出的金屬橡膠復合墊片，才能滿足摩托車發(fā)動機缸蓋的密封技術要求。

1胡國楨，石流.化工密封技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，1995

2徐灝.密封[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999

3張瑞，王寶林，隋華.淺談靜密封材料對摩托車發(fā)動機靜密封的影響[J].小型內燃機與摩托車，2003，32（5）：41～42，48

Superficial Introduction to the Cylinder Head Metal Composite Rubber Gasket of the Motorcycle Engine

Guo Hang，Zhang Rui
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute（Tianjin，300072，China）

Metal composite rubber plate is a kind of environmentally sealed material.Its substrate is steel plate of several different materials，whose surface is chemical treated，and composites with rubber.Metal composite rubber plate is one of the motorcycle engine cylinder head gasket′s flagship products，provides the reliable sealing for the development of motorcycle technology in China.

Metal composite rubber plate，F(xiàn)luorine rubber，Chemical intercalation materials

TK413.2

A

2095-8234（2014）04-0086-02

2014-04-03）

郭珩（1981-），女，大學本科，助理工程師，主要研究方向為摩托車檢測技術。