CN1302215C - 摇臂罩的密封方法 - Google Patents

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Abstract

一种密封方法，其中密封剂组合物包括：(A)有机聚硅氧烷，在一个分子中它具有至少两个硅原子键合烯基；(B)有机氢聚硅氧烷，在一个分子中它具有至少两个硅原子键合氢原子；(C)相对于成分(A)和(B)而言，规定量的汽相法二氧化硅；及(D)相对于成分(A)和(B)而言，规定量的无机填充剂；其中挤压摇臂罩和缸体，以致通过JIS K6253的A型硬度计来测量，处于固化状态中的密封剂的硬度是60到80，并且密封剂的压缩比变成了20-40%。

Description

摇臂罩的密封方法
技术领域
本发明涉及缸体和摇臂罩之间的结合处的密封方法。
现有技术
传统地，密封剂设置在摇臂罩和缸体之间，从而防止发动机油泄漏出来。这种密封剂通常是密封垫如固体衬垫是公知的，但是难以自动实现使预形成的衬垫插入到摇臂罩和缸体之间的过程。而且，由于衬垫的形状随着发动机的每种形式而不同，因此控制零件的数目比较困难。
目前，现场形成的衬垫已得到广泛使用。在现场形成的衬垫中，密封剂如硅橡胶涂在法兰表面上，之后通过加热或者在空气中干燥来使之固化，因此衬垫层或者密封层形成于法兰表面上。但是，就这种方法而言，由于密封剂是在涂到密封表面的状态中进行固化，因此一些区域较薄或者较厚，或者一些区域较宽或者较窄，或者此外，横截面是圆形或者矩形，没有恒定的，或者在密封剂的施用开始位置和施用结束位置的重叠部分上形成接缝，因此导致了表面不光滑并且密封性能不好。
相应地，如日本专利申请No.SHO60-237267中所公开的一样，可聚合液态橡胶可以作为在密封表面上形成密封层的材料来施用，并且在固化之前所施加的液态橡胶盖有凹入的盖。液态橡胶在这种状态中进行固化，因此可以得到表面光滑、突边(bead)高度和形状均匀的密封层。
顺便提及，由于摇臂罩的衬垫设置在发动机缸体的顶部上并且用于热、振动等比较恶劣的环境中，因此容易看出油从摇臂罩中泄漏出来或者只是稍稍地泄漏，并且容易看出油泄漏，因为污染物倾向于粘到这个位置上。
就摇臂罩而言，与油底壳等相比，不会大大提高用来固定缸体的螺栓的数目。因此，螺栓间隔倾向于较宽，并且螺栓之间的表面压力可能较小，从而引起油泄漏。尽管通过使用柔性橡胶如有机硅树脂作为密封剂来提高密封性能，但是可以产生所谓的渗漏现象。这里，“渗漏现象”指的是这样的状态：在该状态时，发动机油渗透到密封剂本身并且慢慢渗出到密封剂的外表面中，仿佛类似于汗。这种渗漏现象所产生的发动机油的泄漏量极小，但是污染物如灰尘或者尘垢容易粘到该泄漏的发动机油上。这时，难以识别由于不良密封所产生的油泄漏，在由于密封剂本身变坏而引起发动机油泄漏时难以在早期发现该不良密封。
尤其地，与接触发动机油的其它位置的密封层相比，摇臂罩的密封层尤其可能引起渗漏现象，并且渗漏现象产生于最容易看到的部分上，因此防止其发生是十分重要的工作。
作为充分研究可以防止渗漏现象的密封方法的结果，本发明人发现，通过采用下面所描述的密封方法可以防止油泄漏和渗漏现象。
本发明的概述
即，本发明提供了一种摇臂罩的密封方法，在该方法中，把密封剂施加到摇臂罩的法兰部分上，使之固化，然后把法兰部分压到缸体侧上，其特征在于密封剂组合物包括：
(A)有机聚硅氧烷，在一个分子中它具有至少两个硅原子键合烯基；
(B)有机氢聚硅氧烷，在一个分子中它具有至少两个硅原子键合氢原子；
(C)相对于按重量总共为100份的成分(A)和成分(B)而言，按重量10到30份的汽相法二氧化硅；及
(D)相对于按重量总共为100份的成分(A)和成分(B)而言，按重量50到100份的无机填充剂，该填充剂从碳酸钙、碳酸镁和石英粉中选出，及
挤压摇臂罩和缸体，以致通过JIS(日本工业标准)K6253的A型硬度计来测量，处于固化状态中的密封剂的硬度是60到80，并且密封剂的压缩比变成了20-40％。
用在本发明中的成分(A)的有机聚硅氧烷是本发明的组合物的主要成分，并且在一个分子中它必须含有至少两个硅原子，该硅原子结合链烯基。这种链烯基的例子包括乙烯基、烯丙基和丙烯基。不是链烯基的有机基团的例子是：烷基，它包括甲基、乙基和丙基；芳基，它包括苯基和甲苯基；及取代烷基，它包括3，3，3-三氟丙基和3-氯丙基。成分(A)的分子结构可以是直链或者包括支链的直链。成分(A)的分子量没有特殊限制，并且它的范围是从低粘度的液体到大粘度的橡胶。为了在固化时能形成橡胶类弹性体，在25℃时的粘度最好是200到20000cs。
用在本发明中的成分(B)的有机氢聚硅氧烷是成分(A)的交联剂，并且加入成分(B)的硅原子键合氢原子与成分(A)的硅原子键合链烯基进行反应，其结果是产生了交联并且被固化。成分(B)的有机氢聚硅氧烷在一个分子中必须含有至少两个硅原子键合氢原子。不是硅原子键合氢原子的有机基团的例子是：烷基，它包括甲基、乙基和丙基；芳基，它包括苯基和甲苯基；及取代烷基，它包括3，3，3-三氟丙基和3-氯丙基。成分(B)的分子结构可以是直链、包括支链的直链、环状结构和网状结构中的任何一种。成分(B)的分子量没有特殊限制，但是在25℃时的粘度最好处在3到800cs的范围内。
成分(B)的复合含量是这样的，在该成分中硅原子键合氢原子的摩尔数与在成分(A)中的硅原子键合链烯基的摩尔数之比变成(0.5∶1)到(10∶1)，并且优选地处于(1∶1)到(3∶1)的范围内。这是由于，如果相对于成分(A)的硅原子键合链烯基的摩尔数为1而言，该成分的硅原子键合氢原子的摩尔数小于0.5，那么不能实现充分固化，并且如果它大于10，那么产生了泡沫。
成分(C)的汽相法二氧化硅是具有接近200到300m2/g的比表面积的气溶胶二氧化硅(干二氧化硅)。相对于按重量总共为100份的成分(A)和成分(B)而言，成分(C)的加入量按重量是10到30份。
成分(D)是无机填充剂，该填充剂从碳酸钙、碳酸镁和石英粉中选出。可以单独使用这些中的一种，或者使这些中的若干进行混合使用。优选的是，这些物质的表面通过有机硅化合物如有机硅烷或者有机硅氧烷低聚物来处理。相对于按重量总共为100份的成分(A)和成分(B)而言，成分(D)的加入量按重量为50到100份。如果按重量小于50份，那么在摇臂罩的密封剂中使用时，产生了渗漏现象，并且如果按重量超过100份，那么固化的物质变得太硬，并且作为密封剂时缺少弹性。
此外，通过JIS K6253所规定的A型硬度计来测量，需要处于固化状态中的这种密封剂组合物的硬度为60-80，并且当与上述添加物进行混合时，进一步需要硬度处于前述规定参数的范围内。固化状态时的硬度测量可以通过JIS K6253中所规定的测量方法来实现。
此外，除了上述成分之外，还优选的是，加入铂化合物催化剂，它是用来使成分(A)和成分(B)进行交联并且固化的催化剂。铂化合物催化剂的例子包括铂黑、氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、氯铂酸和烯烃的配合物、氯铂酸和链烯基硅氧烷的配合物及含有这种铂或者铂化合物的热塑树脂细颗粒催化剂。相对于按重量总共为1,000,000份的成分(A)和成分(B)，以铂金属计，铂催化剂的加入量按重量是0.1到500份，并且优选的是按重量是1到50份。这时因为，如果它按重量小于0.1份，那么不能充分地促进固化，并且如果它按重量超过500份，那么它是不经济的。
用在本发明中的硅橡胶组合物包括成分(A)到成分(D)，并且可以加入其它种类的添加剂，这些添加剂可以加入到传统的硅橡胶组合物中是公知的。例如，作为用来抑制固化反应的添加剂，可以加入痕量或者少量的乙炔化合物、肼、三唑、膦和硫醇，只要它符合本发明的目的就行。此外，如需要，可以加入颜料、耐热剂、阻燃剂、内部离型剂(internalparting agent)、增塑剂等。
此外，在用在本发明的有机硅组合物中，优选的是，加入碳酸钙，从而减少渗漏现象，并且当碳酸钙的表面用四烷氧基硅烷的部分水解物来处理时，可以进一步减少渗漏现象。四烷氧基硅烷的烷氧基是低级烷氧基，它包括甲氧基和乙氧基。部分水解缩合物的重量平均分子量是150到10000。
本发明的有机硅橡胶组合物通过下面方法容易制造：使这些成分(A)到(D)进行混合，或者如需要时把各种添加剂加入到这些中，并且通过公知的混炼装置如双辊混炼机或者搅拌机来使之混合均匀。
有机硅橡胶组合物形成为密封剂，该密封剂通过下面形成方法由硅橡胶形成。
即，把密封剂施加到法兰表面上，该法兰表面是要形成的摇臂罩的密封表面。优选地，在法兰表面上形成槽或者带来保持住密封剂。这些槽或者带用来保持住要形成的密封剂，及防止由于分开部分的毛细现象而引起的发动机油泄漏，在该分开部分处，密封剂和法兰的界面是分离的。从容易形成和密封剂的保持力的观点来看，槽的横截面优选为V形，但不局限于此。
通过自动施加设备等把密封剂以突边的形式施加到摇臂罩的法兰表面上。这时，它以突边的形式施加而没有在突边中导入汽泡等，且没有留下任何未涂过的区域，并且涂成离法兰表面接近2到5mm的高度。所使用的自动涂敷设备在前端包括喷嘴，该喷嘴可以进行突边形状的喷涂。
因此，所施加的密封剂用盖盖住，如日本专利申请No.SHO60-237267所公开的一样，并且密封剂通过如加热等方法进行固化。凹槽形成于所述盖上，并且密封剂从法兰表面上一定形成凸形。通过盖来固化的密封剂的表面是光滑的，并且凸形的高度和宽度是均匀的。此外，在通过喷嘴来喷涂时，在喷涂开始位置和喷涂结束位置上可能形成接缝，但是通过盖来成形可以使之校正成均匀的。
通过氟处理等，最好使盖的表面处理成非粘性的，并且优选地在盖内安装有加热器，从而加热和固化有机硅组合物的密封剂。
把以这种方法形成密封剂的摇臂罩装配到缸盖上，而法兰表面是接合表面，并且摇臂罩和缸盖被挤压在一起并通过螺栓或者其它紧固件来紧固。这时，它们通过压缩力来挤压，该压缩力使密封剂的压缩比变成20-40％。这是一种这样的情况：在该情况下，压缩期间的突边高度相对于固化密封剂的突边高度而被压缩20-40％。如果在用作摇臂罩和缸体之间的密封剂时压缩比小于20％，那么在密封剂内可以产生渗漏现象，并且如果它超过40％，那么表面压力太高了，并且密封剂的随后性能较差，并且发动机油由于驱动时的振动或者冲击而引起泄漏。
附图的简短说明
图1(a)是用于实施例中的压力实验的模拟容器的示意性剖视图；及
图1(b)是包括所述容器的下部容器的平面视图。
本发明的最佳实方式
为了证明本发明的实用性，因此参照对照例子来描述本发明的实施例。
[例1]
把100份粘度为1000cs的、两端用二甲基乙烯基甲硅烷氧基来封端的二甲基聚硅氧烷(乙烯基含量为0.000125mol/g，在1个分子中的乙烯基的数目为2，位于乙烯基之间的二甲基硅氧烷单元的平均数目为216)、20份比表面积为300m2/g的汽相法二氧化硅、60份碳酸镁(它具有用四烷氧基硅烷的部分水解产物处理过的表面)、6份六甲基二硅氮烷和3份水，加入在搅拌机中，并且搅动3小时，从而得到橡胶复合物。
为此，还加入2.18份直链二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(它具有10个硅原子、4个氢基和一个甲基)、0.1份1％的氯铂酸的异丙醇溶液及0.1份的乙基环己醇作为反应抑制剂，并且使它们混合均匀，因此得到了有机硅组合物。
使用图1(a)和1(b)所示的模拟容器10来进行实验，该模拟容器与法兰压力容器相似，该压力容器可用于按照JIS K6820中所规定的进行压力实验。模拟容器10包括：上部容器10a，它具有内径为52mm、外径为80mm、法兰宽度为14mm和法兰高度为10mm的圆形上部法兰11；及下部容器10b，它具有下部法兰12，该下部法兰12具有与上部法兰11一样的尺寸大小。通过包括螺母和螺栓在内的紧固元件14使上部容器10a和下部容器10b在四个位置上法兰对法兰地接合在一起。
使用上述组合物，沿着法兰形状以圆形的图案使该组合物基本上施加在下部容器10b的法兰12表面的中心上，突边宽度为10mm、高度为3mm，使用附图中没有示出的、自动操纵的混合涂敷器。然后，通过盖来盖住它，这个在附图中没有示出，该盖具有圆形凹口，该凹口的宽度为10mm、深度为2.8mm，及在120℃时加热60分钟。当盖拆去时，形成了高度为2.8mm的、表面光滑的固化密封剂S。在测量固化密封剂S时，通过JIS K 6253所规定的A型硬度计测量出为63。
下部容器10b的法兰12形成有密封剂S，并且使用紧固元件14使上部容器10a的法兰11面对面地接合并紧固，因此压缩了密封剂S。这时，为了使密封剂S的压缩距离保持不变，因此优选地，在上部容器10a和下部容器10b之间使用了垫片16。
借助于把垫片16的高度选择成21.95mm并且紧固螺栓和螺母，挤压法兰11、12，因此邻接表面的间隔变成了1.95mm。这时，密封剂的压缩比大约为30％。然后，容器10填满有来自供油口17的SG5W-30发动机油，该供油口17形成于下部容器10b的底部上，并且供油口17被密封。然后，把它放到150℃的加热炉中，并加热240小时。由于加热使容器的内部压力增大。
加热之后，在没有拆下容器的情况下观察法兰结合处时，没有发现发动机油泄漏。此外，白色粉末喷洒在法兰结合处，但是密封剂的表面是干燥的，因此白色粉末不能粘到密封剂的表面上。其结果是，证明没有渗漏现象。
[例2]
把100份粘度为1000cs的、两端用二甲基乙烯基甲硅烷氧基来封端的二甲基聚硅氧烷(乙烯基含量为0.000125mol/g，在1个分子中的乙烯基的数目为2，位于乙烯基之间的二甲基硅氧烷单元的平均数目为216)、10份比表面积为300m2/g的汽相法二氧化硅、90份碳酸镁(它具有用四烷氧基硅烷的部分水解产物处理过的表面)、6份六甲基二硅氮烷和3份水加入在搅拌机中，并且搅动3小时，从而得到橡胶复合物。
为此，还加入2.18份直链二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(它具有10个硅原子、4个氢基和一个甲基)、0.1份1％的氯铂酸的异丙醇溶液及0.1份的乙基环己醇作为反应抑制剂，并且使它们混合均匀，因此得到了有机硅组合物。
使用与例1相同的模拟容器(dummy container)来检测这种组合物。但是，密封剂涂成突边宽度为6mm和高度为3mm。所使用的盖具有凹口，该凹口的宽度为6mm和深度为2.8mm。通过在120℃时加热盖1小时，形成表面光滑的密封剂，其高度2.8mm。在测量固化密封剂的硬度时，A型硬度计测得它是75。
与例1相同的是，挤压它，从而使法兰表面间隔变成1.7mm。这时，密封剂大约压缩40％。此外，与例1一样，它填满了发动机油并放到加热炉中，并进行加速实验。加热之后，没有发现产生发动机漏油，也没有发现渗漏现象。此外，在发动机的摇臂罩和缸体的结合处上喷洒白色粉末。这种渗漏现象被证实，但白色粉末没有粘到密封剂的表面上。
[例子3]
使用刚好与例1一样的模拟法兰(dummy flange)形成例1中所使用的有机硅组合物，并且得到了与例1一样的突边形状的密封剂。在测量固化密封剂的硬度时，通过A型硬度计测得它是63。
刚好与例1一样，挤压它，因此法兰表面间隔变成了2.2mm。这时，密封剂大约压缩20％。此外，如例1一样，它填满有发动机油，并且放入到加热炉中，并进行加速实验。加热之后，没有发现产生发动机漏油，也没有发现渗漏现象。此外，在发动机的摇臂罩和缸体的结合处上喷洒白色粉末。这种渗漏现象被证实，但白色粉末没有粘到密封剂的表面上。
[比较例1]
把100份粘度为1000cs的、两端用二甲基乙烯基甲硅烷氧基来封端的二甲基聚硅氧烷(乙烯基含量为0.000125mol/g，在1个分子中的乙烯基的数目为2，位于乙烯基之间的二甲基硅氧烷单元的平均数目为216)、30份比表面积为300m2/g的汽相法二氧化硅、20份碳酸镁(它具有用四烷氧基硅烷的部分水解产物处理过的表面)、20份碳酸镁、6份六甲基二硅氮烷和3份水加入在搅拌机中，并且搅动3小时，从而得到橡胶复合物。
为此，还加入2.18份直链二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(它具有10个硅原子、4个氢基和一个甲基)、0.1份1％的氯铂酸的异丙醇溶液及0.1份的乙基环己醇作为反应抑制剂，并且使它们混合均匀，因此得到了有机硅组合物。
使用与例1一样的模拟容器10来进行实验。把密封剂以突边形状施加到模拟容器的下部法兰上，该突边的宽度为10mm、高度为3mm，并且根据与例1一样的条件进行固化。在测量固化密封剂的硬度时，A型硬度计测量出它为48。与例1一样，它填满有发动机油，并且在加热炉加热。通过把垫片16的高度选择成21.95mm并且紧固螺栓和螺母，挤压法兰11和12，因此邻接表面的间隔变成1.95mm。这时，密封剂的压缩比大约为30％。
加热之后，在没有拆下容器的情况下观察法兰结合处时，没有发现发动机油泄漏。密封剂的表面光滑，并且在把白色粉末喷洒在法兰结合处时，白色粉末粘到密封剂的表面上。其结果是，产生了渗漏现象。
[比较例2]
把密封剂(该密封剂与例1中所使用的相同)施加成突边宽度为10mm，并且使用盖，形成了高度为2.8mm的、表面光滑的密封剂。在测量固化密封剂的硬度时，A型硬度计测量出它为63。
挤压模拟容器，因此使模拟容器的法兰表面间隔变成2.5mm。这时，密封剂大约压缩15％。根据与例1一样的条件，容器填满了相同的发动机油并放到加热炉中。加热之后，在目测观察时，没有发现产生发动机漏油，但是产生了渗漏现象。当在结合处上喷洒白色粉末时，白色粉末粘到密封剂的表面上。
[比较例3]
把密封剂(该密封剂与例1中所使用的相同)施加成突边宽度为10mm、高度为3mm，并且使用盖，形成了高度为2.8mm的、表面光滑的密封剂。在测量固化密封剂的硬度时，A型硬度计测量出它为63。
挤压模拟容器，直到使法兰间隔变成1.5mm为止。这时，密封剂压缩46％。根据与例1一样的条件，容器填满了与上述相同的发动机油并放到加热炉中。加热之后，在目测观察时，没有发现产生发动机漏油，但是产生了渗漏现象。当在结合处上喷洒白色粉末时，白色粉末粘到密封垫的表面上。
由说明书清楚的是，根据本发明的密封方法可以提供在现有技术中不能发现的极好效果，即甚至在使用现场形成的密封剂时，发动机油不会泄漏，并且可以避免发动机油渗透通过密封剂本身并且慢慢渗出到表面的渗漏现象。

Claims (2)

1.一种摇臂罩的密封方法，在该方法中，把密封剂施加到摇臂罩的法兰部分上，使之固化，然后把所述法兰部分压到缸体侧上，其特征在于密封剂组合物包括：
(A)有机聚硅氧烷，在一个分子中它具有至少两个硅原子键合链烯基；
(B)有机氢聚硅氧烷，在一个分子中它具有至少两个硅原子键合氢原子；
(C)相对于按重量总共为100份的所述成分(A)和所述成分(B)而言，按重量10到30份的汽相法二氧化硅，其比表面积为200到300m2/g；及
(D)相对于按重量总共为100份的所述成分(A)和所述成分(B)而言，按重量50到100份的无机填充剂，该填充剂从碳酸钙、碳酸镁和石英粉中选出，及
挤压所述摇臂罩和缸体，以致通过JIS K6253的A型硬度计来测量，处于固化状态中的所述密封剂的硬度是60到80，并且所述密封剂的压缩比变成了20-40％，
其中，所述成分(B)的复合含量是这样的，在所述成分(B)中硅原子键合氢原子的摩尔数与在所述成分(A)中的硅原子键合链烯基的摩尔数之比是0.5∶1到10∶1。
2.如权利要求1所述的摇臂罩的密封方法，其特征在于，还加入用来使所述成分(A)和成分(B)进行交联并且固化的铂化合物催化剂。
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