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(duì)更多零件再生循環(huán)利用的要求，已考慮轉(zhuǎn)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(duì)更多零件再生循環(huán)利用的要求，已考慮轉(zhuǎn)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(huán)，而且允許將生產(chǎn)轉(zhuǎn)向應(yīng)用生態(tài)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(fā)生改變，允許使用水溶性膠粘劑。本文將對(duì)目前的EPDM加工過程和膠粘劑技術(shù)進(jìn)行評(píng)述。然后描述新型TPV加工過程，并與EPDM擠出流水線進(jìn)行比較。后，將新開發(fā)的水溶性膠粘劑的性能與EPDM 短纖維主要參數(shù)做對(duì)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(chǎn)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(jìn)行加工。另一條路線稱為分流生產(chǎn)線。在這一套設(shè)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(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在綠色生產(chǎn)線加工過程中，膠粘劑用于基板上，而基板的溫度可能達(dá)到93-149℃。這就意味著膠粘劑體系必須保持足夠長時(shí)間的流體狀態(tài)，使短纖維能穿透到膠粘劑薄膜內(nèi)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(shí)間。

　　在分流生產(chǎn)線上，對(duì)EPDM混合物進(jìn)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(jìn)行橡膠的初始固化。這就導(dǎo)致了更快的流水線速度和更短的過爐時(shí)間。不幸的是，擠出需要冷卻，接著還要進(jìn)行表面預(yù)處理(電暈、等離子、底漆、磨蝕等等)。預(yù)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(yùn)的是，由于只需固化膠粘劑，固化時(shí)間可以非常短。

　　因?yàn)闊o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(diǎn)以下，而不要用固化爐。

　　MorFlock F-450/F-453體系的性能

　　剝離強(qiáng)度試驗(yàn)是用熱熔體或環(huán)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(shí)間的剝離結(jié)果。從圖4可以看出，剝離強(qiáng)度對(duì)濕膜厚度(WFT)不太敏感。對(duì)生產(chǎn)汽車擋雨條擠出件而言，另一個(gè)極其重要的方面是達(dá)到可接受性能的制造運(yùn)行窗口。從表1剝離強(qiáng)度的結(jié)果可以看出，有個(gè)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(píng)價(jià)的又一個(gè)重要的物理性質(zhì)。我們使用48小時(shí)35℃的水浸試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。可以看出，剝離強(qiáng)度有輕微降低，但性能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工業(yè)要求。

　　評(píng)價(jià)性能的另外一個(gè)要求是耐磨性試驗(yàn)。選擇Ford耐磨擦牢度試驗(yàn)是因?yàn)樗菫閲?yán)格的試驗(yàn)之一。該項(xiàng)試驗(yàn)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(jí)別的膠布。然后沿著短纖化的表面摩擦觸頭1000個(gè)來回。除了磨損以外，試驗(yàn)還要求在整個(gè)過程中用不同的流體測(cè)試待測(cè)樣品以評(píng)價(jià)其抗化學(xué)性。對(duì)EPDM擠出件而言，石腦油和皂水溶液是難通過的兩種流體。當(dāng)用這些流體對(duì)不同濕膜厚度的樣品進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，結(jié)果表明，在任一膜厚條件下，石腦油都不會(huì)對(duì)耐磨擦性能產(chǎn)生不利影響。試驗(yàn)證實(shí)，樣品更難通過皂水溶液。試驗(yàn)中要用255微米的濕膜厚度達(dá)到可接受的性能。

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

　　對(duì)浸在38℃水中48小時(shí)的樣品進(jìn)行耐磨擦牢度試驗(yàn)時(shí)，觀察到一個(gè)很有意思的現(xiàn)象。根據(jù)爐子設(shè)定的情況，時(shí)間減少超過25%，要求的烘爐硫化時(shí)間和溫度范圍顯著加寬。

　　38℃水浸試驗(yàn)的改良結(jié)果表明，采用額外的高溫?zé)彷椪諘r(shí)，F(xiàn)-450/F-453體系持續(xù)固化，顯示出更多的耐磨性。

　　由于這些結(jié)果，進(jìn)行以下試驗(yàn)來看看F-450/F-453體系的性能如何 ：將F-450/F-453暴露在短時(shí)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(jìn)行二次固化。試驗(yàn)結(jié)果表明，即使不進(jìn)行二次固化，F(xiàn)-450/F-453體系也能達(dá)到令人滿意的剝離強(qiáng)度(>10N/cm)。可是，為了通過Ford耐磨擦牢度試驗(yàn)，還要進(jìn)行額外的固化。

　　這些結(jié)果表明，F(xiàn)-450/F-453體系能在二級(jí)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(shí)間固化，因此部件就不會(huì)達(dá)到TPV的軟化點(diǎn)溫度。

　　測(cè)試的另一個(gè)方面是Chrystal環(huán)境試驗(yàn)。從表4可以看出，F(xiàn)-450/F-453體系能滿足Chrysler環(huán)境暴露的要求，而剝離強(qiáng)度性能未有顯著的降低。而且，當(dāng)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行Ford耐磨擦牢度試驗(yàn)時(shí)，1000次循環(huán)后通過了皂水暴露。應(yīng)該注意的是，F(xiàn)ord耐磨擦牢度試驗(yàn)一般并未規(guī)定在耐磨擦牢度循環(huán)試驗(yàn)之前進(jìn)行任何暴露試驗(yàn)。

　　F-450/F-453體系值得討論的后一個(gè)特性是膠粘劑體系的揮發(fā)性有機(jī)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(shí)需要使用一些溶劑使膠粘劑聚結(jié)并形成連續(xù)膜。這些溶劑被稱為共溶劑。對(duì)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(jié)論：開發(fā)了一種粘合目標(biāo)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(yàn)?zāi)芡ㄟ^OEM設(shè)定的對(duì)EPDM的要求。F-450/F-453體系通過的試驗(yàn)包括Ford 耐磨擦牢度試驗(yàn)(在耐磨擦試驗(yàn)中使用了石腦油和皂水溶液來暴露短纖維區(qū)域)和Chrysler環(huán)境試驗(yàn)(高溫暴露短纖化的基板，以及水浸)。

　　除了性能試驗(yàn)以外，膠粘劑體系還具有寬的操作視窗。這對(duì)于在典型EPDM擠出流水線上見到的連續(xù)性操作，以及滿足TPV基板要求的低固化溫度要求的兩級(jí)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(yàn)。

　　原載《國際汽車設(shè)計(jì)及制造》
 

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