橡塑密封技術發展的機遇和挑戰
目前,日趨成熟的密封技術已廣泛應用于各個領域。伴隨著國民經濟和社會發展,人們對密封技術越來越關注和重視,也使該行業得到了前所未有的發展機遇。
2013 年12 月,“國家橡塑密封工程中心首屆技術委員會工作會議暨中國密封技術發展高峰論壇”在廣州市召開,由國家橡塑密封工程技術研究中心依托單位廣州機械科學研究院有限公司主辦。參會成員主要有王玉明院士、彭旭東教授以及來自全國密封行業基礎技術、生產和應用研究的十多位教授、高工。在會上,大家共同分享了密封領域最新技術、解決方案和行業市場分析,同時對密封技術發展前景進行了探討。
我國密封技術發展的機遇和挑戰黃興國家橡塑密封工程技術研究中心主任、廣州機械科學研究院有限公司總經理橡塑密封行業“十二五”發展規劃提出了橡塑密封行業發展目標: 在橡塑密封材料及制品設計、研發、生產、質量控制以及產品標準等方面接近國際先進水平,提高橡塑密封技術集成服務能力; 形成3 - 5 家銷售收入過5 億元、人均產值達到50 萬元的行業骨干企業; 橡塑密封行業總產值超過100 億元人民幣,提高行業集中度,帶動整個橡塑密封行業的發展; 提高品牌的國際競爭力,積極參與國際化分工,基本實現橡塑密封制品的進出口貿易平衡。
至“十二五”中期,盡管在橡塑密封行業已經有了很多突破,但從目前的市場調研來看,風電、盾構機、高檔轎車等領域的密封件仍然是進口居多,工程機械雖已大量使用國產密封件,但類似挖掘機的高端油缸里,90%還是由國外制造。中國密封件企業眾多,為什么難以產生大的企業技術發展是否依賴政府投入? 主機廠與配件廠如何協同發展? 高校科研如何支持企業的技術創新要求? 如何利用軍品技術推動民品技術發展? 如何減少低水平的重復研發,提高研發資金效益?如何利用網絡技術創新產品交易及培訓服務方法? 如何利用資本市場擴大企業規模、引進先進技術? 等等問題是值得密封行業研究、生產和應用單位深入探討的。
合作才是共贏的首要條件
王玉明中國工程院院士、流體密封工程專家
面臨密封行業發展的諸多問題,企業、學者一定要站得比較高,看得比較遠,不能只看到自己眼前的、局部的利益,需要加強合作。無論是橡塑密封還是機械密封,我們現在的整體特點都是比較分散、比較小型,低水平的重復、競爭,打價格戰。這對企業發展和行業發展是極為不利的。出現目前這個狀況,一方面是文化上的問題,一方面是機制上的問題。所以我們不僅要研究技術,還要研究向國家提出什么樣的咨詢意見和建議,用政策導向來改變這種現況,使密封領域的技術水平有更快的提升,密封行業發展更具核心競爭力,密封產業更加國際化。
目前,橡塑密封件行業中高端產品市場占有率低,一方面基礎件行業抱怨主機廠不愿意使用國產件,另一方面主機廠不滿意國產件質量,為減少風險被迫選用質量好的進口件。應加強與中高端用戶的交流,真正了解問題在哪里? 差距在哪里?再去解決問題,縮小差距。密封件骨干企業、研究院所和高校應承擔這個責任。在軍工領域也存在類似的問題,充分利用產、學、研、用的優勢資源,軍民結合,提升行業整體技術、質量水平。
自適應可控機械密封技術的發展
彭旭東浙江工業大學教授
在我國的機械密封市場中,中低速、中低壓的密封件已經相對成熟,有些甚至達到國際先進水平,但高速、高壓、高尺寸的機械密封,卻相對落后。普通機械密封的密封結構及端面結構一旦制造完成,在使用過程中其結構、構形等參數將不能根據工況的變化而自適應調整,雖然可以在設計點附近良好工作,但當工作條件或環境條件變化時則容易失效,這極大地限制了普通機械密封在一些極端工況、高參數工況( 如高速、高溫、高壓等) 、變工況條件下的應用。
裝備制造業向智能化方向發展,這就要求密封元件也向智能化方向發展。主動調控機械密封的結構、變形等以對密封的工作條件和環境條件的變化做出積極快速反應的可控機械密封設計的概念提出已很久。目前這方面的研究主要集中在根據膜厚、端面溫度等反饋信號,通過一定的執行機構調整控制端面膜厚、密封相態及端面比壓等。但我認為不應局限于此,應該在控制、結構、監測系統軟件等方面也有大膽想法創新,使它能夠對環境變化有一個自主的感應和反饋,提高自適應可控機械密封技術的可行性。借鑒箔軸承、形狀記憶合金、惰性氣體蓄能裝置、功能材料等最新研究成果,可以從控制、結構兩方面提高自適應可控機械密封技術的可行性。
要解決高校的研發與人才培養方向和企業需求的脫節問題,首先應在高校的學科建設和評估、教師考核方面予以導向; 其次高校應深入企業,真正了解企業需求。國家工程中心、行業協會等平臺應起到紐帶的作用,集合企業難題,組織行業專家解決急需解決的問題。
對國內密封的技術現狀及發展的一些想法
杜長春重慶杜克高壓密封件有限公司總工程師、博士后導師
據著名網站資料,中國對外銷售的密封廠商有3 200 家,重要的廠商有620 家左右,整體密封行業呈現低、散、差的狀態。全國的橡塑密封產值不到200 億,不及國外一家大公司一年的產值。國外大公司人均設備擁有量在150 萬元左右,人均產值在150 萬元到200 萬元左右,最高達到400 萬元; 我們人均設備擁有量最高只有10 萬元左右,人均產值很難達到50 萬元。所以必須增加設備投入,加快自動化、無人化工作的進程,比如廣州機械科學研究院研發的機械手,可以大量應用在硫化工藝、檢測工藝、修邊工藝上,提高工作效率。
橡塑密封件生產技術可歸納為十大技術: 產品設計技術、模具設計技術、模具制造技術、密封材料技術、硫化工藝技術、輔件制造技術、綜合檢測技術、動態實驗技術、非標設計技術、精益生產技術。作為企業,我們應該在國家發展戰略的
框架下,不斷增加創新和研發的投入,但短時間內很難在各個技術方面做到領先。因此特別贊賞黃興院長所說的“把國內密封行業的有關力量集中起來,在知識產權的保護下,大家共享科研成果,共同發展”; 同時運用資本市場、網絡技術等方法來利用國外先進技術、開拓產品市場; 利用進入的狼群,激活國內行業活力。我們橡塑密封骨干企業具有科技報國、實業報國的雄心壯志,也有這個水平和熱情的。橡塑密封行業2020 年達到或趕超國際先進水平,我個人認為中國人是有這個智慧和力量的。
立足自主,協同創新,超越仿制
陳晉陽安徽中鼎密封件股份有限公司技術中心副主任、教授級高工
近些年來,我們橡塑密封行業的發展取得了長足的進步,在一些特殊領域達到或超過了國際先進水平,如航天飛行器的密封、核電系統的密封。但是在國民經濟很多量大面廣領域還處于令人尷尬的落后的局面,如工程機械高壓往復密封件,轎車動力總成系統發動機變速器油封等,國內的一些主機廠都指定要用國外品牌。這說明國產的密封件與國際先進水平相比還有很大差距。
但是要開發科技含量比較高的產品,并非中小企業力所能及,所以整合研發資源、建立公共研發平臺顯得尤為重要。國家橡塑密封工程技術研究中心就是這樣的平臺。
中心可以利用自身的優勢,深入開展基礎研究; 與相關材料工程技術研究中心合作研發新材料; 開發科技含量高的高端新產品、節能降耗產品或設備,并把成果或專利轉讓給產業化能力強的企業; 利用中心人才優勢,有償接受企業委托開發新產品; 整合高校、研究院、企業的部分高精尖設備,提高使用效率,避免重復投資和資源浪費。
航空航天橡塑制品發展的態勢
常大勇中橡集團沈陽橡膠研究設計院副總工、教授級高工
航天材料要求耐強輻射、高真空、微流塵等宇宙垃圾侵害,在超寬溫度( - 120 ~ 120 ℃) 瞬息交變的情況下,性能應基本不變; 航空材料要求滿足耐高溫( ≥250 ℃) 、低溫( ≤ - 55 ℃) ,耐介質,減震耐磨等性能,并具有長壽命( 超過十年或2 000 飛行小時等) 和高環境適應性。因此特種橡膠、密封劑材料是航空航天裝備不可缺少、不可替代的功能材料,其質量直接關系著裝備的使用性能和壽命,同時也直接反映出裝備的先進程度。
航空航天裝備橡塑制品除滿足密封功能外,多數情況下還需兼具其他功能。為滿足航空航天裝備橡塑制品的需要,除新材料要求外,新結構、新工藝的應用也非常關鍵。現時特種橡膠制品技術呈現多功能化、多種材料復合的趨勢,加工工藝趨向操作簡單化、產品精細化的特點。
航空航天領域的橡塑制品和民用橡塑制品具有相通性,其關鍵技術可以相互借鑒,協同發展。
關注新材料,創新新產品
曾幸榮華南理工大學材料科學與工程學院教授、博士生導師
橡塑密封技術發展應關注國內外新材料的進展。如特種橡膠,氟橡膠耐油性能、耐高溫性能特別好,但耐低溫性能較差,彈性較差。要解決這個問題,現有情況下難度很大。而硅橡膠高溫性能好,耐低溫性能特別好,但耐油性差。氟硅橡膠兼具氟橡膠的耐高溫、耐油性能和硅橡膠的耐低溫性能,比較好地解決了上面的問題,但價格比較高,而且國內研發起步晚、規模小,最大的問題是產品性能不穩定。氟硅并用膠有類似氟硅橡膠的性能,但要解決共混膠相容性、共混工藝性的問題。
碳納米管、石墨烯等新材料不斷成熟。碳納米管強度是鋼的100 倍,而密度只有鋼的1 /6。據報道,最近實現了碳納米管添加到輪胎上的工業化應用,輪胎耐磨性能提高20% 以上,導熱性能提高5% 以上,大大提高了輪胎的使用壽命。同樣,關注新材料的發展,開展新材料應用技術研究,是創新密封產品的關鍵途徑之一。
高校在基礎研究、理論研究和規律性研究方面具有長處,企業和高校的合作方式應充分利用雙方的長處,開展長期的合作,盡量避免短期和急功近利的行為。
密封技術在工程機械中還大有可為
羅衍領徐工集團工程機械研究院副院長、教授級高工
工程機械一直是放開的行業,九十年代受到進口產品的沖擊,好多企業都不好過。近幾年在國家政策下得到了很大發展。在國家最近實施的八大制造領域強國戰略當中,裝備制造業唯一選擇的是工程機械行業。
目前國產密封件在很多方面還是遜色于進口的相關產品。在使用壽命上,進口產品基本能保證在4 000 小時( 2 - 3 年)以上,而國產產品壽命只能達到進口的20% ~ 50% ( 6 - 18 個月) 。
就目前市場上來說,在高溫高壓高沖擊工況下,油缸主密封的進口密封件占90%,在簡易工況下,國產密封件使用率占70%。國產密封件具有成本低、供貨及時、供貨周期短,訂單變更的反應速度快、能夠實現大尺寸密封件定做、售后及時等優勢。
工程機械液壓傳動是主要的傳動形式,液壓元件有油泵、馬達、液壓閥、油缸等,液壓系統漏油是工程機械第一故障,多路閥、液壓泵/馬達、液壓連接件等都是漏油多發地帶。密封技術在工程機械應用中還有很大的發展空間,有必要組織專題研討。靠關稅是保護不了市場的。只有像工程機械主機的發展一樣,陣痛之后奮發圖強,才能迎來浴火重生。
更高更快,圓航空強國夢
王偉中航工業沈陽發動機設計研究所、高工
航空裝備對密封技術的要求越來越苛刻。如飛機發動機的設計,向高速、高溫、小體積、大功率、長壽命方向發展,因此要求密封材料具有優越的性能,復合材料的研究與應用將會越來越受到重視。
國內航空裝備密封元件的研究與生產體系相對獨立,一般企業對產品要求不是很清楚,較少參與研制和生產活動。相對于國內的密封制品骨干企業來講,國外的先進企業在這方面的技術比較成熟,掌握了先進的密封材料和技術,不同密封材料包括金屬、塑料、橡膠等,能夠適應不同環境和工況的要求。航空裝備要求高可靠性。從事航空裝備材料的研究和生產,需建立規范的基礎試驗條件,并通過工程試驗的考核。積累了大量的試驗數據之后,在實際應用中可以事先分析可能出現的情況。
近年來,國內的密封制品骨干企業在研發水平和質量控制方面有長足的進步,他們的積極參與,必將為更快實現民族航空強國夢作出貢獻。