橡塑密封技术发展的机遇和挑战

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  目前,日趋成熟的密封技术已广泛应用于各个领域。伴随着国民经济和社会发展,人们对密封技术越来越关注和重视,也使该行业得到了前所未有的发展机遇。

  2013 年12 月,“国家橡塑密封工程中心首届技术委员会工作会议暨中国密封技术发展高峰论坛”在广州市召开,由国家橡塑密封工程技术研究中心依托单位广州机械科学研究院有限公司主办。参会成员主要有王玉明院士、彭旭东教授以及来自全国密封行业基础技术、生产和应用研究的十多位教授、高工。在会上,大家共同分享了密封领域最新技术、解决方案和行业市场分析,同时对密封技术发展前景进行了探讨。

  我国密封技术发展的机遇和挑战黄兴国家橡塑密封工程技术研究中心主任、广州机械科学研究院有限公司总经理橡塑密封行业“十二五”发展规划提出了橡塑密封行业发展目标: 在橡塑密封材料及制品设计、研发、生产、质量控制以及产品标准等方面接近国际先进水平,提高橡塑密封技术集成服务能力; 形成3 - 5 家销售收入过5 亿元、人均产值达到50 万元的行业骨干企业; 橡塑密封行业总产值超过100 亿元人民币,提高行业集中度,带动整个橡塑密封行业的发展; 提高品牌的国际竞争力,积极参与国际化分工,基本实现橡塑密封制品的进出口贸易平衡。

  至“十二五”中期,尽管在橡塑密封行业已经有了很多突破,但从目前的市场调研来看,风电、盾构机、高档轿车等领域的密封件仍然是进口居多,工程机械虽已大量使用国产密封件,但类似挖掘机的高端油缸里,90%还是由国外制造。中国密封件企业众多,为什么难以产生大的企业技术发展是否依赖政府投入? 主机厂与配件厂如何协同发展? 高校科研如何支持企业的技术创新要求? 如何利用军品技术推动民品技术发展? 如何减少低水平的重复研发,提高研发资金效益?如何利用网络技术创新产品交易及培训服务方法? 如何利用资本市场扩大企业规模、引进先进技术? 等等问题是值得密封行业研究、生产和应用单位深入探讨的。

合作才是共赢的首要条件

王玉明中国工程院院士、流体密封工程专家

  面临密封行业发展的诸多问题,企业、学者一定要站得比较高,看得比较远,不能只看到自己眼前的、局部的利益,需要加强合作。无论是橡塑密封还是机械密封,我们现在的整体特点都是比较分散、比较小型,低水平的重复、竞争,打价格战。这对企业发展和行业发展是极为不利的。出现目前这个状况,一方面是文化上的问题,一方面是机制上的问题。所以我们不仅要研究技术,还要研究向国家提出什么样的咨询意见和建议,用政策导向来改变这种现况,使密封领域的技术水平有更快的提升,密封行业发展更具核心竞争力,密封产业更加国际化。

  目前,橡塑密封件行业中高端产品市场占有率低,一方面基础件行业抱怨主机厂不愿意使用国产件,另一方面主机厂不满意国产件质量,为减少风险被迫选用质量好的进口件。应加强与中高端用户的交流,真正了解问题在哪里? 差距在哪里?再去解决问题,缩小差距。密封件骨干企业、研究院所和高校应承担这个责任。在军工领域也存在类似的问题,充分利用产、学、研、用的优势资源,军民结合,提升行业整体技术、质量水平。

自适应可控机械密封技术的发展

彭旭东浙江工业大学教授

  在我国的机械密封市场中,中低速、中低压的密封件已经相对成熟,有些甚至达到国际先进水平,但高速、高压、高尺寸的机械密封,却相对落后。普通机械密封的密封结构及端面结构一旦制造完成,在使用过程中其结构、构形等参数将不能根据工况的变化而自适应调整,虽然可以在设计点附近良好工作,但当工作条件或环境条件变化时则容易失效,这极大地限制了普通机械密封在一些极端工况、高参数工况( 如高速、高温、高压等) 、变工况条件下的应用。

  装备制造业向智能化方向发展,这就要求密封元件也向智能化方向发展。主动调控机械密封的结构、变形等以对密封的工作条件和环境条件的变化做出积极快速反应的可控机械密封设计的概念提出已很久。目前这方面的研究主要集中在根据膜厚、端面温度等反馈信号,通过一定的执行机构调整控制端面膜厚、密封相态及端面比压等。但我认为不应局限于此,应该在控制、结构、监测系统软件等方面也有大胆想法创新,使它能够对环境变化有一个自主的感应和反馈,提高自适应可控机械密封技术的可行性。借鉴箔轴承、形状记忆合金、惰性气体蓄能装置、功能材料等最新研究成果,可以从控制、结构两方面提高自适应可控机械密封技术的可行性。

  要解决高校的研发与人才培养方向和企业需求的脱节问题,首先应在高校的学科建设和评估、教师考核方面予以导向; 其次高校应深入企业,真正了解企业需求。国家工程中心、行业协会等平台应起到纽带的作用,集合企业难题,组织行业专家解决急需解决的问题。

对国内密封的技术现状及发展的一些想法

杜长春重庆杜克高压密封件有限公司总工程师、博士后导师

  据著名网站资料,中国对外销售的密封厂商有3 200 家,重要的厂商有620 家左右,整体密封行业呈现低、散、差的状态。全国的橡塑密封产值不到200 亿,不及国外一家大公司一年的产值。国外大公司人均设备拥有量在150 万元左右,人均产值在150 万元到200 万元左右,最高达到400 万元; 我们人均设备拥有量最高只有10 万元左右,人均产值很难达到50 万元。所以必须增加设备投入,加快自动化、无人化工作的进程,比如广州机械科学研究院研发的机械手,可以大量应用在硫化工艺、检测工艺、修边工艺上,提高工作效率。

  橡塑密封件生产技术可归纳为十大技术: 产品设计技术、模具设计技术、模具制造技术、密封材料技术、硫化工艺技术、辅件制造技术、综合检测技术、动态实验技术、非标设计技术、精益生产技术。作为企业,我们应该在国家发展战略的

  框架下,不断增加创新和研发的投入,但短时间内很难在各个技术方面做到领先。因此特别赞赏黄兴院长所说的“把国内密封行业的有关力量集中起来,在知识产权的保护下,大家共享科研成果,共同发展”; 同时运用资本市场、网络技术等方法来利用国外先进技术、开拓产品市场; 利用进入的狼群,激活国内行业活力。我们橡塑密封骨干企业具有科技报国、实业报国的雄心壮志,也有这个水平和热情的。橡塑密封行业2020 年达到或赶超国际先进水平,我个人认为中国人是有这个智慧和力量的。

立足自主,协同创新,超越仿制

陈晋阳安徽中鼎密封件股份有限公司技术中心副主任、教授级高工

  近些年来,我们橡塑密封行业的发展取得了长足的进步,在一些特殊领域达到或超过了国际先进水平,如航天飞行器的密封、核电系统的密封。但是在国民经济很多量大面广领域还处于令人尴尬的落后的局面,如工程机械高压往复密封件,轿车动力总成系统发动机变速器油封等,国内的一些主机厂都指定要用国外品牌。这说明国产的密封件与国际先进水平相比还有很大差距。

  但是要开发科技含量比较高的产品,并非中小企业力所能及,所以整合研发资源、建立公共研发平台显得尤为重要。国家橡塑密封工程技术研究中心就是这样的平台。

  中心可以利用自身的优势,深入开展基础研究; 与相关材料工程技术研究中心合作研发新材料; 开发科技含量高的高端新产品、节能降耗产品或设备,并把成果或专利转让给产业化能力强的企业; 利用中心人才优势,有偿接受企业委托开发新产品; 整合高校、研究院、企业的部分高精尖设备,提高使用效率,避免重复投资和资源浪费。

航空航天橡塑制品发展的态势

常大勇中橡集团沈阳橡胶研究设计院副总工、教授级高工

  航天材料要求耐强辐射、高真空、微流尘等宇宙垃圾侵害,在超宽温度( - 120 ~ 120 ℃) 瞬息交变的情况下,性能应基本不变; 航空材料要求满足耐高温( ≥250 ℃) 、低温( ≤ - 55 ℃) ,耐介质,减震耐磨等性能,并具有长寿命( 超过十年或2 000 飞行小时等) 和高环境适应性。因此特种橡胶、密封剂材料是航空航天装备不可缺少、不可替代的功能材料,其质量直接关系着装备的使用性能和寿命,同时也直接反映出装备的先进程度。

  航空航天装备橡塑制品除满足密封功能外,多数情况下还需兼具其他功能。为满足航空航天装备橡塑制品的需要,除新材料要求外,新结构、新工艺的应用也非常关键。现时特种橡胶制品技术呈现多功能化、多种材料复合的趋势,加工工艺趋向操作简单化、产品精细化的特点。

  航空航天领域的橡塑制品和民用橡塑制品具有相通性,其关键技术可以相互借鉴,协同发展。

关注新材料,创新新产品

曾幸荣华南理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师

  橡塑密封技术发展应关注国内外新材料的进展。如特种橡胶,氟橡胶耐油性能、耐高温性能特别好,但耐低温性能较差,弹性较差。要解决这个问题,现有情况下难度很大。而硅橡胶高温性能好,耐低温性能特别好,但耐油性差。氟硅橡胶兼具氟橡胶的耐高温、耐油性能和硅橡胶的耐低温性能,比较好地解决了上面的问题,但价格比较高,而且国内研发起步晚、规模小,最大的问题是产品性能不稳定。氟硅并用胶有类似氟硅橡胶的性能,但要解决共混胶相容性、共混工艺性的问题。

  碳纳米管、石墨烯等新材料不断成熟。碳纳米管强度是钢的100 倍,而密度只有钢的1 /6。据报道,最近实现了碳纳米管添加到轮胎上的工业化应用,轮胎耐磨性能提高20% 以上,导热性能提高5% 以上,大大提高了轮胎的使用寿命。同样,关注新材料的发展,开展新材料应用技术研究,是创新密封产品的关键途径之一。

  高校在基础研究、理论研究和规律性研究方面具有长处,企业和高校的合作方式应充分利用双方的长处,开展长期的合作,尽量避免短期和急功近利的行为。

密封技术在工程机械中还大有可为

罗衍领徐工集团工程机械研究院副院长、教授级高工

  工程机械一直是放开的行业,九十年代受到进口产品的冲击,好多企业都不好过。近几年在国家政策下得到了很大发展。在国家最近实施的八大制造领域强国战略当中,装备制造业唯一选择的是工程机械行业。

  目前国产密封件在很多方面还是逊色于进口的相关产品。在使用寿命上,进口产品基本能保证在4 000 小时( 2 - 3 年)以上,而国产产品寿命只能达到进口的20% ~ 50% ( 6 - 18 个月) 。

  就目前市场上来说,在高温高压高冲击工况下,油缸主密封的进口密封件占90%,在简易工况下,国产密封件使用率占70%。国产密封件具有成本低、供货及时、供货周期短,订单变更的反应速度快、能够实现大尺寸密封件定做、售后及时等优势。

  工程机械液压传动是主要的传动形式,液压元件有油泵、马达、液压阀、油缸等,液压系统漏油是工程机械第一故障,多路阀、液压泵/马达、液压连接件等都是漏油多发地带。密封技术在工程机械应用中还有很大的发展空间,有必要组织专题研讨。靠关税是保护不了市场的。只有像工程机械主机的发展一样,阵痛之后奋发图强,才能迎来浴火重生。

更高更快,圆航空强国梦

王伟中航工业沈阳发动机设计研究所、高工

  航空装备对密封技术的要求越来越苛刻。如飞机发动机的设计,向高速、高温、小体积、大功率、长寿命方向发展,因此要求密封材料具有优越的性能,复合材料的研究与应用将会越来越受到重视。

  国内航空装备密封元件的研究与生产体系相对独立,一般企业对产品要求不是很清楚,较少参与研制和生产活动。相对于国内的密封制品骨干企业来讲,国外的先进企业在这方面的技术比较成熟,掌握了先进的密封材料和技术,不同密封材料包括金属、塑料、橡胶等,能够适应不同环境和工况的要求。航空装备要求高可靠性。从事航空装备材料的研究和生产,需建立规范的基础试验条件,并通过工程试验的考核。积累了大量的试验数据之后,在实际应用中可以事先分析可能出现的情况。

  近年来,国内的密封制品骨干企业在研发水平和质量控制方面有长足的进步,他们的积极参与,必将为更快实现民族航空强国梦作出贡献。

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