汽車車門外水切密封條的設計解析與研究

張龍，于涵

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

汽車車門外水切密封條的設計解析與研究

張龍，于涵

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

汽車車門外水切密封條是重要的密封件之一，具有密封、裝飾等諸多功能。通過對外水切結構的研究，介紹了外水切的結構設計，圍繞結構設計進行產品的材料選擇和產品使用性能實施，為今后外水切的產品設計開發提供了參考和借鑒。

密封條；結構設計；材料；使用性能

CLC NO.: U463.85+9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-42-05

前言

汽車車門外水切密封條（以下稱外水切）是一種兼有功能要求和外觀要求的汽車零部件[1]，安裝在車門車窗外側（如圖1），實現車門與車窗玻璃之間的密封以及裝飾作用。作為功能零件，其具有：防水、防氣、防塵、降噪等功能；作為裝飾零件，其具有裝飾外露車門鈑金的作用，并通過對外觀面不同材質、亮度、顏色的選擇提供不同的裝飾風格。

從外水切的結構設計入手，緊緊圍繞結構設計來進行產品材料的選擇和產品使用性能的實施。

1、外水切的結構設計

目前常見的外水切是由軟性材料和金屬材料復合擠出的外水切本體和兩端端蓋組成的。所以，對于外水切產品的結構設計分別需要從斷面結構設計、端蓋結構設計和總體設計三方面進行。

1.1 外水切斷面結構設計

外水切斷面結構（如圖2）基本固定，主要包含四重要的組成部分，即起密封作用并確保車窗玻璃升降的密封部位、起安裝固定的裝卡部位、起到裝飾作用的裝飾部位和輔助結構部位。對于外水切斷面結構設計分別從四個方面進行。

①密封部位結構設計：為實現了車門與車窗玻璃之間的密封性能，并且實現車窗玻璃能夠自由升降以及在關門和顛簸路面行駛時進行吸能、減振、降噪的作用，外水切的密封部位多采用兩道唇邊的結構。對于該部位的結構設計包括唇邊與玻璃干涉量的設計、唇邊自身長度和厚度的設計、屈服點位置和厚度的設計。在與玻璃相接觸的部位進行貼絨或是植絨，不僅減小玻璃升降阻力，而且增大了唇邊的耐磨性。

②裝卡部位的結構設計：為確保外水切裝配牢固度，外水切裝卡部位的結構多采用 “U”型金屬骨架上包覆軟性材料形成的唇邊結構。夾持唇邊多采用兩道，不僅增強了外水切對車門止口的夾持力，而且有效防止了外水切內側翻轉。部分外水切斷面設置倒扣結構，主要限制了外水切向上的移動，也有防盜的作用。

③裝飾部位的結構設計。外水切裝飾部位的結構（如圖3）多采用以下兩種。第一種金屬材料既充當裝飾面又充當外水切骨架，結構簡單、成本較低；第二種裝飾金屬材料固定在軟性材料上形成整體結構。

圖3 外水切斷面裝飾結構

④輔助結構部位。輔助結構部位可以根據常見外水切斷面進行設計，也可以根據以往外水切產品出現的問題進行設計。

1.2 外水切端蓋結構設計

不同的外水切斷面結構采用的端蓋結構也不一樣，主要是對外水切兩端沖切后產生的空缺進行封堵，起到裝飾作用。目前常見的外水切端蓋結構：注塑成型的塑料件和裝飾金屬材料兩端翻邊形成端蓋（裝飾金屬材料固定在軟性材料上的斷面結構）。對于塑料端蓋，其結構設計主要包括以下幾個方面：

①端蓋外觀面的確定。根據造型和車門分縫而來的，端蓋厚度一般取1.5mm～2mm。

圖4 外水切端蓋結構

②端蓋和本體裝卡部位的結構設計。該部位的設計要求外水切密封條裝配和使用過程中不會出現松動的情況。

③端蓋與車門鈑金固定結構的設計，主要作用是增強外水切裝配牢固度，防止外水切兩端與搭接件產生縫隙影響外觀。主要包括以下幾種結構形式：

a）在端蓋中鑲嵌螺母（如圖4），該種結構設計時需要進行孔位布置和螺釘安裝時的扭矩設定，在裝配和使用過程中內嵌螺母不得脫出，螺釘不得松動。

b）與端蓋共同注塑成型的卡接結構（如圖5），卡接結構的設計分別需要考慮自身結構強度、孔位的布置、卡接結構與孔位干涉量和插拔力大小的設定，在確保能夠增強外水切裝配牢固度同時安裝和維修的便利性也能得以保證。

c）在兩端不設置任何加強緊固性的結構，僅靠密封條本體進行定位，這樣的結構設置很可能帶來外水切與搭接件產生縫隙影響外觀的風險。

1.3 外水切產品總體結構設計

外水切是對車窗玻璃起到密封和對車門鈑金起到裝飾作用，除了要關注外水切斷面結構設計和端蓋結構設計外，還應該關注外水切的總體結構設計。

圖5 外水切總體結構

①根據車門鈑金結構，外水切在車門A/B/C柱兩端需要進行沖切，需要著重考慮外水切密封唇邊沖切后與導槽密封條的搭配間隙；為了防止間隙過大影響外觀，在數據設計階段，該處唇邊的切割要在裝配狀態下進行；考慮外水切長度公差，該處間隙一般為1mm。

②外水切沖切后，裝卡部分與車門鈑金產生的縫隙，需要使用泡棉進行封堵。

③為改善外水切密封條與車窗玻璃接觸唇邊的耐磨性和玻璃升降的滑動阻力，需要在其唇邊上進行植絨或是貼絨；植絨面應植絨勻凈，保持潔凈，不許有脫落。

2、外水切材料性能及選擇

外水切本體的材料包括軟性材料和金屬材料兩部分。軟性材料主要是熱塑性彈性體材料（TPE/TPV）或三元乙丙橡膠（EPDM）。金屬材料作為外水切密封條的裝飾材料和骨架，處于外觀和功能的要求。外水切端蓋材料通常采用PA66。

2.1 本體軟性件材料性能及選擇

為保證外水切密封軟性材料需要具有良好的密封性能、吸能效果以及外觀品質，一般選用具有優異的耐熱、耐候、耐臭氧性能的TPE或EPDM。

（TPE/TPV）是近年來發展的材料，其結構特點是由塑料和橡膠兩相組成，故在一定程度上兼有了塑料和橡膠的特點，在加工過程中無須硫化，容易實現精確斷面的控制，同時材料在一定條件下可回用，對環境污染小，因此，很受整車和密封系統設計者的關注。

表1 TPE和EPDM加工性能的對比

表2 TPE和EPDM使用性能的對比

無論選擇TPE材料還是EPDM材料，其材料硬度是一個很重要的參數，它通常決定了外水切密封條產品壓縮荷重值的大小，壓縮荷重值與材料硬度成正比，即材料硬度越小荷重也愈小，硬度越大荷重越大。

2.2 本體金屬材料性能及選擇

外水切的裝飾金屬材料根據斷面結構不同材料的選擇也不同。傳統德系車型采用鋁件成型后，氧化拋光而形成光亮一級面；日系車采用不銹鋼材料，直接冷彎成型，因為不銹鋼原材料的本身就是光亮面，所以無后續氧化，成本低很多。

2.3 端蓋材料性能及選擇

外水切端蓋的成型工藝為注塑成型，為保證端蓋具有較好耐久性和外觀品質，PA66是外水切端蓋通常選用的材料，其優點有：

①機械強度高，有較高的抗拉、抗壓強度。

②軟化點高，耐熱；

③外表潤滑，耐磨；

④耐腐蝕，非常耐堿和大多數鹽液；

⑤有自熄性，無毒，無臭，耐候性好；

⑥制件重量輕、易成型。

3、外水切的產品使用性能

通過對大量的外水切相關標準的對比分析，外水切需要滿足的使用性能[2]要求詳見表3。

表3 外水切的使用性能要求

3.1 乘客艙的密封性能

外水切密封條作為汽車密封零部件，密封性能是外水切密封條主要功能。其性能的優劣直接影響到整車的密封性能和NVH性能。其性能的具體的評價標準見表4。

表4 乘客艙密封性能的評價方法

3.2 裝配的牢固度

外水切的裝配牢固度是通過兩端端蓋固定結構加上其自身結構中所帶的“U”型的金屬骨架以及加持位置的彈性結構提供的加持力，以實現與車門車窗外側的連接固定。對于只通過外水切本體夾持實現裝配牢固度的車型需要對夾持力有所要求，需要保證拔出力一般控制在≥60N/100mm，需要注意的是對于存在倒扣結構的外水切，在進行拔出力測試時需要將倒扣結構進行切除。

圖6 外水切拔出力試驗

3.3 產品的耐久性

外水切的軟性材料在使用過程中都會存在不同程度的老化、磨損現象，而金屬材料外觀面會在不同天氣狀況下出現腐蝕現象。通過研究分析，國內外各汽車生產廠商對外水切在產品耐久性方面的要求有以下10個方面。

①耐臭氧老化：

從外水切成品上裁取100mm試樣按照GB/T7762-2003規定的方法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。試驗時間到達以后取出試樣目測無龜裂。

②耐污染性：

將外水切軟性材料放在一塊用清潔過的且又干燥了的電解銅金屬板上，再將這放在玻璃底板上。因此，載重量包括有玻璃板和負載重量。然后一同放進熱老化箱試驗溫度為（100±2）℃，試驗時間為：24h。試驗時間到達以后將試樣取出進行評定，要求電解銅沒有變黑。

圖7 耐污染試驗視圖

③耐候性：

按標準QC/T 17-92《汽車零部件耐候性試驗一般規則》，試驗：按室內強化耐候試驗條件，試驗900小時后檢測性能變化，試驗結果評定要求達到A級。

④耐熱性：

按標準QC/T 15-92《汽車塑料制品通用實驗方法》，試驗：在80±2℃循環空氣烘箱內存放連續存放7天。試驗后無任何表面變質，皺褶，或能察覺的顏色或光澤變化。

⑤耐濕性：

按標準QC/T 15-92《汽車塑料制品通用實驗方法》，試驗：標準實驗室環境：23±1℃，50±5%RH，試驗條件：40±1℃，90±5%RH，放置96h。在標準實驗室環境下冷卻1h，試驗后不出現任何表面變質、皺褶或變化。

⑥耐藥品性：

按標準GB/T11547-89《塑料耐液體化學藥品（包括水）性能測定方法》，試驗70℃x6h后，PVC表面無裂紋、漏孔等外觀顯著變化。

⑦耐寒性：

按標準QC/T 15-92《汽車塑料制品通用實驗方法》，試驗：在-35℃低溫中放置24h后取出觀察，產品不應脆化、裂紋或變色。

⑧鹽霧試驗：

中性鹽霧試驗 480h后無銹斑(黑條為240h)，試驗方法按GB/T10125-2012/ISO 9227： 2006《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》執行。

⑨植絨唇邊耐磨性能：

負載3kg，循環10000次，試驗及判定方法按PDS12 004-2014《汽車橡膠密封條技術規范》執行。

⑩壓縮永久變形：

從外水切成品上裁取100mm試樣在壓縮位置放置在80℃溫度箱內96h，然后將夾具放在室溫冷卻。

按以下的數值公式計算永久變形(DVR)：

式中：

H0為未加載狀態下試樣的高度；

H1為壓擠狀態下試樣的高度；

H2為卸載后試樣的高度；

結果：變形不可大于40%。變形量及變形特性等必須被記錄。

圖8 壓縮永久變形測試示意圖

3.3 對聲音、外觀完整美觀性的要求

外水切不僅是功能件，而且還是重要的裝飾件。所以各汽車生產廠商對外水切在聽覺、視覺方面還有具體的性能要求。

①聲音要求。車輛使用時不允許出現嗡嗡聲、吱吱聲、格格聲等惱人的噪音。

②外觀完整、美觀性要求。外水切不允許出現影響產品美觀和使用性能的缺陷：如雜質、氣泡、裂紋、劃痕、撕裂、缺膠、破皮、扭曲變形或壓扁變形等；表面平整、清潔、無污染、不允許有色斑、凸凹等缺陷。植絨面應植絨勻凈，保持潔凈，不許有脫落。本體和端頭組立牢固，在裝配和使用過程中不得松動。軟性材料與金屬骨架粘著牢固，色澤均勻無明顯色差，無飛邊、缺料、毛刺等缺陷。

3.4 車窗玻璃升降效果

外水切對車窗玻璃升降效果的影響主要表現在各種環境條件下外水切的壓縮負荷和滑動阻力，外水切的壓縮負荷決定了外水切吸能減振和降噪的效果；外水切的滑動阻力是玻璃升降系統阻力重要的組成部分。

①壓縮荷重。外水切對車窗玻璃的壓縮負荷可以通過在成品外水切上裁取100mm試樣進行試驗測得。壓縮荷重值越大，滑動阻力越大，玻璃升降困難；但是外水切的吸能、減震、降噪的效果和密封性好。相反壓縮荷重值越小，滑動阻力越小，玻璃升降容易；但是外水切的吸能、減震、降噪的效果和密封性差。因此在考慮外水切的壓縮荷重值時，應綜合考慮車窗玻璃升降的困難程度、降噪效果和密封性能，通常其取值是在一定的合理區間。

②摩擦系數。通過在外水切植絨部分截取試樣使用雙面膠帶粘接在金屬滑塊上（質量精確至0.1g），摩擦系數測試如圖9所示。摩擦系數越大，滑動阻力越大，玻璃升降困難；相反摩擦系數越小，滑動阻力越小，玻璃升降容易。

圖9 摩擦系數測試示意圖

③ 滑動阻力。外水切滑動阻力是衡量車窗玻璃升降困難程度的標準。外水切唇邊的壓縮負荷和摩擦系數都是影響滑動阻力的重要因素。通過裁取100mm試樣進行滑阻試驗測試如圖10所示，其滑動阻力值需要達到升降器對玻璃的升降需求。

4、結束語

外水切是重要裝飾密封零部件，起到了車門與車窗玻璃之間的密封以及裝飾作用，在設計階段要著重考慮其功能進行結構的設計，既要保證其外觀裝飾作用，又要保證與車門止口的牢固度，通過對產品材料的選擇和使用性能的實施，確保產品品質。通過對外水切結構設計的介紹、產品材料的選擇和產品使用性能的實施三方面進行闡述，為今后外水切的產品設計開發提供了參考和借鑒[3]。

圖10 滑動阻力測試示意圖

[1] 黃燕敏. 轎車玻璃導槽密封條結構改進方法.汽車技術,2013 (6)：39-43.

[2] 于涵,高宇燕. 汽車車門框密封條設計解析與研究.汽車實用技術,2014(8)：61-65.

[3] 田永,韋俊.汽車車門玻璃導槽的斷面設計和成型工藝研究.機械制造,2013,51(3)：72-75.

Outer Channel Sealing of Automobile Door Design Research

Zhang Long, Yu Han
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

Outer channel sealing of automobile door is an important sealing part, which functions include sealing, decoration and so on. Through the study of outer channel sealing structure, the design process of outer channel sealing from three aspects is described, including structure design, material, operational performance, which provides a reference for the product design in the future.

Sealing; Structure; Material; Operational Performance

U463.85+9

A

1671-7988 (2017)05-42-05

張龍，工程師，碩士。現就職于華晨汽車工程研究院閉合件工程室，主要從事汽車密封條設計開發工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.015