橡胶薄膜密封制品技术浅析

橡胶薄膜密封制品常简称为模片制品，使用范围广，大到飞机船舶，小到家用电器，复杂如航天器，简单如煤气阀都可找到它的身影，并在这些领域发挥其他产品不可替代的作用。

橡胶薄膜的分类

橡胶薄膜按作用原理可分为隔离薄膜、渗透薄膜和运动薄膜。隔离薄膜仅仅对流体起隔离作用，被隔离的两个部分之间没有压差；渗透薄膜是利用橡胶薄膜对气体或液体具有一定的渗透性和选择性特点，对某些流体起到分流作用，薄膜本身移动很小，甚至没有移动；而运动薄膜则是在静止部件和运动部件之间起密封装置作用，一般传递动力或压力，这类薄膜应用最广，本文将讨论其应用、制造及注意事项。

运动薄膜按运动行程大小分为：1.平面薄膜，2.波纹薄膜，3.碟形薄膜，4、5.滚动薄膜，截面如图1。

1.平面薄膜，2.波纹薄膜，3.碟形薄膜，4、5.滚动薄膜
图1 各种运动薄膜的截面图

（1）平面薄膜

平面薄膜由於有效受压面积变化较大，只适宜於不要求按比例位移的场合，同时，有效行程最小，一般确定为薄膜直径的7-9%，它受材料的伸长性和柔曲性影响很大。

（2）碟形薄膜

壳体为圆形、方形或长方形的装置都可以采用碟形膜。深度（碟高）为薄膜直径的25%，有效行程为碟高的两倍。碟形薄膜的弯曲部位是否圆滑过渡对碟形膜的应用非常关键，否则会产生应力集中。碟形薄膜尽管行程较大，但在行程范围内，有效受压面积变化仍较大，所以也不能应用於要求按比例位移的装置。

（3）波纹薄膜

波纹薄膜的波纹高度一般等於其宽度，有效行程约为波纹高度的2倍，在工作有效行程范围内，波纹薄膜的有效面积比平面薄膜稳定，且其稳定程度随波纹深度的增加而增加。

（4）滚动薄膜

滚动薄膜因动作时工作部位呈滚动状态而得名，装置与活塞相似。当压力增加活塞下降时，薄膜侧面离开活塞壁，贴向气缸壁；当压力降低活塞上升时，薄膜侧面离开气缸壁，贴向活塞壁。

滚动薄膜的装置虽与活塞相似，但由於增加了橡胶膜，工作原理大不一样。有如下特点：因滚动工作，摩擦阻力极小；不泄露；不需要润滑；允许流体中带有微量粒子；对活塞和气缸表面加工、材质、硬度等没有十分严格的要求；活塞和气缸之间或有微小的偏心和偏角，其工作装置都影响不大，并且具有自动校正作用。

滚动薄膜与一般平面形、波纹形、碟形薄膜相比，具有以下三大特点：行程最长、耐压最高、有效受压面积不变。滚动薄膜的行程为一般薄膜的3-7倍。

滚动薄膜有两种基本类型，最常用的是图1中4所示的帽形滚动薄膜，装配时将薄膜翻转形成波纹；另一种是如图1中5所示，波纹在薄膜制造过程模压定型，它的工作行程一般比帽形小。

图2 燃气表用密封薄膜

橡胶薄膜的典型应用

气阀用橡胶薄膜

就橡胶薄膜的用途来说，煤气阀、天然气阀和石油液化气调节器等阀膜片一般采用平面薄膜，行程短，压力小，往返次数不是很苛刻，制造相对容易，性价比合理且广泛使用。

目前常用的这类耐油薄膜主要是丁橡胶薄膜和氯醇橡胶薄膜。丁橡胶薄膜的柔软性和耐油性好，但是耐老化性能较差，使用寿命较短；氯醇橡胶薄膜的耐老化性能较好，但是耐汽油性不是很好，而且薄膜的外观与柔软性较差，二者并用会是很好的解决方法。聚硫橡胶由於饱和分子链结构和主链上含有硫原子（构成-S-C-或-S-S-键），因此具有良好的耐油性、耐溶剂性和耐老化性，低的透气性以及良好的低温屈挠性和粘接性能，但只在对性能要求很高的场合下使用。

由於薄膜工作时承受较大的伸长应力和反覆伸缩，故要求纤维材料和胶料具有足够的拉伸强度和优异的伸长疲劳性能。此外，与其它类型薄膜相比，在同一压力等级下，平面薄膜承受的应力较大，故一般比其它薄膜要厚。因而对微量压力变化的灵敏性较差，滞後损失较大。

平面薄膜在装配前尽管是一个简单的平面形，可是在装配以後，在工作压力的反覆作用下，可导致薄膜形成一种波纹形（图3）。中心夹板边缘应避免锐角，以免工作中把薄膜割坏。nextpage

图3 膜片工作状态图

薄膜过厚，工作部分容易产生如褶皱，致使推动阻力增加，并使薄膜“脱层”，早期损坏。

为利於薄膜屈挠，与中心夹板之间应保持一定距离S，在满足薄膜位移和屈挠的前提下，S取小些，可减少薄膜应力，增加薄膜耐压强度。

滚动薄膜的形态与波纹薄膜和碟形薄膜相比，主要表现为深度大，形状更加复杂，在航空上应用广泛。主要用於飞机的燃油附件、气动系统、供氧系统、驾驶舱、照明舱等部位，借助与橡胶薄膜的敏感作用，调节其附件进出口压力差，控制各系统的流体流量和压力。

航空用夹布薄膜

航空上应用的夹布薄膜通常是在富有挠性和强度很高的合成纤维上两面涂覆橡胶，硫化而成。作为敏感元件的薄膜，应具有灵敏度大、强度高、耐抗性好及优异的耐高低温和耐介质性能。为此，应具备如下特性：

（1）挠性好

这类薄膜必须挠性好，富有弹性。胶料应具有较低的硬度，使薄膜的刚性小，灵敏度高，能满足系统不同压力差的要求。

（2）耐老化性能好

橡胶在使用过程中由於受到空气、臭氧及光热的作用，强度会逐渐降低，因此需选择老化性能好的橡胶，以提高薄膜的使用寿命。

（3）耐高低温性能好

飞机附件的耐温性是选择橡胶材料的主要参数，目前许多航空附件的耐温范围为-55~150℃，有的高达200℃，为此必须选择耐高低温性好的硅橡胶。

（4）耐油性

这是滚动薄膜在特定环境下的使用要求，有的附件不仅需要耐高低温，还需耐热空气和煤油蒸汽及RP-3号煤油，氟硅橡胶正好满足要求。

过去老机种使用的薄膜主要是丁、氯丁橡胶，天然橡胶作涂层橡胶，用棉布作骨架材料，它们只适於-45~120℃的温度范围使用。随新机种的出现，以耐高低温良好的硅橡胶作涂层，用合成纤维如聚胺、聚酯作为骨架材料成为新的发展趋势。

骨架材料不能选择伸缩性大的织物，因为伸缩性大的织物制造的薄膜挠性和灵敏度都会降低。增加织物的支数和单丝股数可以提高布的挠性。为了减少织物的延伸量，需要对织物进行热定型，减少残余收缩率。

减少薄膜的厚度就可以增加橡胶薄膜的挠性和灵敏度。厚度太薄，必然影响其橡胶薄膜的强度。

因此，作为骨架材料的织物，应尽量用纤维直径小而拉伸强度很高的细丝制造。在允许的厚度范围内，采用单丝加捻提高布的强度。布的强度和厚度应根据薄膜的使用工作压力来决定。

为了减少薄膜的形变，增加其灵敏度，提高薄膜的使用寿命，制作薄膜的硅橡胶和氟硅橡胶与织物必须粘合牢固。

聚酯织物与硅橡胶、氟硅橡胶粘合比较困难。聚酯纤维的化学结构是聚对苯二甲酸二乙酯，在聚酯纤维的分子中，存在大量苯环，妨碍极性粘剂的官能团和极性酯基的作用。特别是酯基和苯环的高度不对称，使其分子易於结晶。由於分子的结晶作用和高密度，使聚酯纤维与橡胶粘合困难，把聚酯纤维置於10-20%氢氧化钠水溶液中处理一小时，使纤维表面脱酯水解，形成羟基和羧基，有利於橡胶和聚酯的粘合。

滚动薄膜制造过程中，薄膜的硫化是关键工序之一。其模具结构设计要合理，模腔尺寸均匀，波纹的R角不能太小，以免在硫化时夹布挤坏；模具应设排气孔，这显得更为重要，薄膜的硫化要进行卸压排气，特别是形状复杂的薄膜，更要多次排气，同时流胶槽应能使多余胶料尽量流出。

以上橡胶薄膜最大的特点是厚度很薄，一般在0.2-0.5mm之间，厚度均匀性要求很高。

更多夹布薄膜

还有一类薄膜，结构类似蝶形薄膜，其厚度在2mm以上，主要也是用来传递动力，如汽车上广泛应用的制动刹车膜片。随厚度的增加，制作工艺跟以前的膜片有所不同，最大的问题是厚度增加不能像以往一采取涂胶的方式，只能采取压延或擦胶的方式制作半成品。如何使布在胶片的中间，制作工艺很有讲究。

近年来随城巿高铁的快速发展，一种用作高铁刹车体系的膜片，即空油转换装置用模片制品开始应用，利用此薄膜制品来传导制动时所需要的压力。与传统的橡胶薄膜制品相比，其最明显的特点之一就是厚度可达3-5mm，为普通胶薄膜制品的10倍以上。

由於产品结构的不规则及不同弧度面组合的存在，使得在成型过程中所夹织物的中心定位具有很大的难度；另外大多数此类产品都为两个不同直径的筒体弧度相接，使得所夹平面织物要在膜片中保持完整均十分困难。因为其使用时需要承受一定的压力，所夹织物偏离胶层中心以及织物的褶皱及偏离裸漏点都会成为产品的致命缺陷。

以上所介绍的薄膜密封制品基本涵盖了目前普遍使用的各通用型薄膜制品。随国民经济的不断发展，橡胶薄膜密封产品在国防、化工、煤炭、石油、交通运输和机械制造工业等方面的应用也越来越泛，已成为各种行业中不可或缺的基础配件。