熱塑性硫化橡膠(TPV)用于汽車擋雨條

核心提示：汽車擋雨條大多使用EPDM橡膠。但是由于對更多零件再生循環利用的要求，已考慮轉向熱塑彈性體(TPE)或熱塑性硫化橡膠(TPV)。

　　作者：羅門哈斯公司 James P.Weir

　　汽車擋雨條大多使用EPDM橡膠。但是由于對更多零件再生循環利用的要求，已考慮轉向熱塑彈性體(TPE)或熱塑性硫化橡膠(TPV)。

　　使用熱塑橡膠不僅可以允許再生循環，而且允許將生產轉向應用生態友好的水溶性短纖維膠粘劑。隨著新材料的變化，擠出加工過程也發生改變，允許使用水溶性膠粘劑。本文將對目前的EPDM加工過程和膠粘劑技術進行評述。然后描述新型TPV加工過程，并與EPDM擠出流水線進行比較。后，將新開發的水溶性膠粘劑的性能與EPDM 短纖維主要參數做對比。

　　短纖化加工過程

　　目前制造EPDM擠出的加工過程有兩種路線。條路線是綠色生產流水線，在該路線中短纖維膠粘劑和橡膠一起固化，需要用一套爐子進行加工。另一條路線稱為分流生產線。在這一套設備中將橡膠部分(60-80%)固化、冷卻，再使用短纖維膠粘劑。再讓擠出通過另一套爐子，在這套爐子中將短纖維膠粘劑固化。

　　兩條路線都有優點和缺點。在綠色生產線加工過程中，膠粘劑用于基板上，而基板的溫度可能達到93-149℃。這就意味著膠粘劑體系必須保持足夠長時間的流體狀態，使短纖維能穿透到膠粘劑薄膜內部。擠出的大溫度限制在短纖維的熔融溫度，這就延長在固化爐中的保壓時間。

　　在分流生產線上，對EPDM混合物進行初始固化后使用膠粘劑。由于在零件上不存在短纖維或膠粘劑，因此可以在更高的溫度下進行橡膠的初始固化。這就導致了更快的流水線速度和更短的過爐時間。不幸的是，擠出需要冷卻，接著還要進行表面預處理(電暈、等離子、底漆、磨蝕等等)。預處理以后，使用膠粘劑，短纖維嵌入濕的膠粘劑中。后在下一套爐子中固化短纖化的擠出件。幸運的是，由于只需固化膠粘劑，固化時間可以非常短。

　　因為無需將材料固化以獲得想要的型材尺寸，所以TPV加工起來比EPDM更為簡單。所需要的就是用水淬將TPV的溫度降低到其軟化點以下，而不要用固化爐。

　　MorFlock F-450/F-453體系的性能

　　剝離強度試驗是用熱熔體或環氧樹脂粘附短纖維，然后以108度角將TPV基板從熱熔體上剝離下來。圖3表示基于涂層量和不同爐化溫度與駐留時間的剝離結果。從圖4可以看出，剝離強度對濕膜厚度(WFT)不太敏感。對生產汽車擋雨條擠出件而言，另一個極其重要的方面是達到可接受性能的制造運行窗口。從表1剝離強度的結果可以看出，有個寬的窗口來獲得可接受性能(>10 N/cm)。

　　由于F-450/F-453是水性體系，用來排水，因此水敏性是需要評價的又一個重要的物理性質。我們使用48小時35℃的水浸試驗進行測定。可以看出，剝離強度有輕微降低，但性能仍遠遠超過工業要求。

　　評價性能的另外一個要求是耐磨性試驗。選擇Ford耐磨擦牢度試驗是因為它是為嚴格的試驗之一。該項試驗是在含有觸頭的磨損表面施加1000克的重物。觸頭覆蓋有指定級別的膠布。然后沿著短纖化的表面摩擦觸頭1000個來回。除了磨損以外，試驗還要求在整個過程中用不同的流體測試待測樣品以評價其抗化學性。對EPDM擠出件而言，石腦油和皂水溶液是難通過的兩種流體。當用這些流體對不同濕膜厚度的樣品進行試驗時，結果表明，在任一膜厚條件下，石腦油都不會對耐磨擦性能產生不利影響。試驗證實，樣品更難通過皂水溶液。試驗中要用255微米的濕膜厚度達到可接受的性能。

　　在不同時間和溫度固化條件下測定耐磨擦性能時，很明顯的是，為了通過耐磨擦試驗，固化條件變得越發重要。要通過Ford耐磨擦牢度試驗中規定的1000次循環，需要更高的溫度或更長的爐化保壓時間。

　　對浸在38℃水中48小時的樣品進行耐磨擦牢度試驗時，觀察到一個很有意思的現象。根據爐子設定的情況，時間減少超過25%，要求的烘爐硫化時間和溫度范圍顯著加寬。

　　38℃水浸試驗的改良結果表明，采用額外的高溫熱輻照時，F-450/F-453體系持續固化，顯示出更多的耐磨性。

　　由于這些結果，進行以下試驗來看看F-450/F-453體系的性能如何 ：將F-450/F-453暴露在短時間的高效率烘爐中固化膠粘劑和短纖維，接下來為了模擬分批烘焙處理過程，再用低效烘爐進行二次固化。試驗結果表明，即使不進行二次固化，F-450/F-453體系也能達到令人滿意的剝離強度(>10N/cm)。可是，為了通過Ford耐磨擦牢度試驗，還要進行額外的固化。

　　這些結果表明，F-450/F-453體系能在二級加工中使用，在此過程中，可以將部件積累起來再投入低溫爐中長時間固化，因此部件就不會達到TPV的軟化點溫度。

　　測試的另一個方面是Chrystal環境試驗。從表4可以看出，F-450/F-453體系能滿足Chrysler環境暴露的要求，而剝離強度性能未有顯著的降低。而且，當對試驗件進行Ford耐磨擦牢度試驗時，1000次循環后通過了皂水暴露。應該注意的是，Ford耐磨擦牢度試驗一般并未規定在耐磨擦牢度循環試驗之前進行任何暴露試驗。

　　F-450/F-453體系值得討論的后一個特性是膠粘劑體系的揮發性有機物(VOC)。雖然水基膠粘劑并不要求使用溶劑作為主要載體，但是它確實需要使用一些溶劑使膠粘劑聚結并形成連續膜。這些溶劑被稱為共溶劑。對于典型的溶劑基短纖維膠粘劑而言，每加侖膠粘劑使用3.2-4.1磅VOC。F-450/F-453體系中每加侖膠粘劑含0.85磅VOC，VOC顯著降低近400%。

　　結論：開發了一種粘合目標基板的膠粘劑體系，無需底漆或短纖維TPV擠出材料一般需要的其他表面處理。這就除去了額外的處理步驟。該膠粘劑體系在TPV上試驗能通過OEM設定的對EPDM的要求。F-450/F-453體系通過的試驗包括Ford 耐磨擦牢度試驗(在耐磨擦試驗中使用了石腦油和皂水溶液來暴露短纖維區域)和Chrysler環境試驗(高溫暴露短纖化的基板，以及水浸)。

　　除了性能試驗以外，膠粘劑體系還具有寬的操作視窗。這對于在典型EPDM擠出流水線上見到的連續性操作，以及滿足TPV基板要求的低固化溫度要求的兩級加工都能適合。膠粘劑體系還通過了福特(Ford)、克萊斯勒(Chrysler)和通用(GM)以外汽車廠商的其他流體暴露和磨耗試驗。

　　原載《國際汽車設計及制造》
 

銷售部 張先生

手機   18962225875   

郵箱   zhangdashu@toptpe.com                   

地址   江蘇省張家港市楊舍鎮乘航工業園
 
網址   www.toptpe.com  www.renprene.com