热塑性硫化橡胶(TPV)用于汽车挡雨条

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热塑性硫化橡胶(TPV)用于汽车挡雨条

3 v% L" K6 L" x7 s0 b9 I罗门哈斯公司 James P.Weir
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. D* R0 J. F9 L# c8 ^" |汽车挡雨条大多使用EPDM橡胶。但是由于对更多零件再生循环利用的要求，已考虑转向热塑弹性体(TPE)或热塑性硫化橡胶(TPV)。
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0 K8 K# Z! _' J( E% C+ J使用热塑橡胶不仅可以允许再生循环，而且允许将生产转向应用生态友好的水溶性短纤维胶粘剂。随着新材料的变化，挤出加工过程也发生改变，允许使用水溶性胶粘剂。本文将对目前的EPDM加工过程和胶粘剂技术进行评述。然后描述新型TPV加工过程，并与EPDM挤出流水线进行比较。最后，将新开发的水溶性胶粘剂的性能与EPDM 短纤维主要参数做对比。
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短纤化加工过程

目前制造EPDM挤出的加工过程有两种路线。第一条路线是绿色生产流水线(图1)，在该路线中短纤维胶粘剂和橡胶一起固化，需要用一套炉子进行加工。另一条路线称为分流生产线。在这一套设备中将橡胶部分(60-80%)固化、冷却，再使用短纤维胶粘剂(图2)。再让挤出通过另一套炉子，在这套炉子中将短纤维胶粘剂固化。


图1：绿色短纤化挤出流水线


图2：分裂式挤出流水线

2 A0 K! {* N. P4 L: C) W3 z7 O两条路线都有优点和缺点。在绿色生产线加工过程中，胶粘剂用于基板上，而基板的温度可能达到93－149℃。这就意味着胶粘剂体系必须保持足够长时间的流体状态，使短纤维能穿透到胶粘剂薄膜内部。挤出的最大温度限制在短纤维的熔融温度，这就延长在固化炉中的保压时间。

% F0 r5 }, G. |% T, F在分流生产线上，对EPDM混合物进行初始固化后使用胶粘剂。由于在零件上不存在短纤维或胶粘剂，因此可以在更高的温度下进行橡胶的初始固化。这就导致了更快的流水线速度和更短的过炉时间。不幸的是，挤出需要冷却，接着还要进行表面预处理(电晕、等离子、底漆、磨蚀等等)。预处理以后，使用胶粘剂，短纤维嵌入湿的胶粘剂中。最后在下一套炉子中固化短纤化的挤出件。幸运的是，由于只需固化胶粘剂，固化时间可以非常短。
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因为无需将材料固化以获得想要的型材尺寸，所以TPV加工起来比EPDM更为简单。所需要的就是用水淬将TPV的温度降低到其软化点以下(图3)，而不要用固化炉。

+ X4 o6 A" L' V) v3 V图3：用于短纤化的TPV挤出流水线

1 j: z& d' ~+ LMorFlock F-450/F-453体系的性能

剥离强度试验是用热熔体或环氧树脂粘附短纤维，然后以108度角将TPV基板从热熔体上剥离下来。图3表示基于涂层量和不同炉化温度与驻留时间的剥离结果(见表1)。从图4可以看出，剥离强度对湿膜厚度(WFT)不太敏感。对生产汽车挡雨条挤出件而言，另一个极其重要的方面是达到可接受性能的制造运行窗口。从表1剥离强度的结果可以看出，有个宽的窗口来获得可接受性能(>10 N/cm)。


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图4：不同湿膜厚度下F-450/F-453体系的剥离强度
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由于F-450/F-453是水性体系，用来排水，因此水敏性是需要评价的又一个重要的物理性质。我们使用48小时35℃的水浸试验进行测定。可以看出，剥离强度有轻微降低，但性能仍远远超过工业要求。
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& n5 o# {3 S+ ~, Q6 c+ C8 N评价性能的另外一个要求是耐磨性试验。选择Ford耐磨擦牢度试验是因为它是最为严格的试验之一。该项试验是在含有触头的磨损表面施加1000克的重物。触头覆盖有指定级别的胶布。然后沿着短纤化的表面摩擦触头1000个来回。除了磨损以外，试验还要求在整个过程中用不同的流体测试待测样品以评价其抗化学性。对EPDM挤出件而言，石脑油和皂水溶液是最难通过的两种流体。当用这些流体对不同湿膜厚度的样品进行试验时，结果表明，在任一膜厚条件下，石脑油都不会对耐磨擦性能产生不利影响(图5)。试验证实，样品更难通过皂水溶液。试验中要用255微米的湿膜厚度达到可接受的性能。
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图5：不同湿膜厚度下F-450/F-453体系的Ford 耐磨擦性能

在不同时间和温度固化条件下测定耐磨擦性能时，很明显的是，为了通过耐磨擦试验，固化条件变得越发重要。要通过Ford耐磨擦牢度试验中规定的1000次循环，需要更高的温度或更长的炉化保压时间。

3 s0 I7 [, e" g; }$ G对浸在38℃水中48小时的样品进行耐磨擦牢度试验时，观察到一个很有意思的现象(见表2)。根据炉子设定的情况，时间减少超过25％，要求的烘炉硫化时间和温度范围显著加宽。
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4 e" c# q, j$ u: x$ S: }9 r5 B- u38℃水浸试验的改良结果表明，采用额外的高温热辐照时，F-450/F-453体系持续固化，显示出更多的耐磨性。

+ V% q3 P" w/ Q$ V由于这些结果，进行以下试验来看看F-450/F-453体系的性能如何 ：将F-450/F-453暴露在短时间的高效率烘炉中固化胶粘剂和短纤维，接下来为了模拟分批烘焙处理过程，再用低效烘炉进行二次固化。试验结果表明，即使不进行二次固化，F-450/F-453体系也能达到令人满意的剥离强度(>10N/cm)。可是，为了通过Ford耐磨擦牢度试验，还要进行额外的固化。
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3 N+ |6 G0 M! _) N$ `& K这些结果表明，F-450/F-453体系能在二级加工中使用，在此过程中，可以将部件积累起来再投入低温炉中长时间固化，因此部件就不会达到TPV的软化点温度。
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测试的另一个方面是Chrystal环境试验。从表4可以看出，F-450/F-453体系能满足Chrysler环境暴露的要求，而剥离强度性能未有显著的降低。而且，当对试验件进行Ford耐磨擦牢度试验时，1000次循环后通过了皂水暴露。应该注意的是，Ford耐磨擦牢度试验一般并未规定在耐磨擦牢度循环试验之前进行任何暴露试验。
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F-450/F-453体系值得讨论的最后一个特性是胶粘剂体系的挥发性有机物(VOC)。虽然水基胶粘剂并不要求使用溶剂作为主要载体，但是它确实需要使用一些溶剂使胶粘剂聚结并形成连续膜。这些溶剂被称为共溶剂。对于典型的溶剂基短纤维胶粘剂而言，每加仑胶粘剂使用3.2-4.1磅VOC。F-450/F-453体系中每加仑胶粘剂含0.85磅VOC，VOC显著降低近400％。

结论：开发了一种粘合目标基板的胶粘剂体系，无需底漆或短纤维TPV挤出材料一般需要的其他表面处理。这就除去了额外的处理步骤。该胶粘剂体系在TPV上试验能通过OEM设定的对EPDM的要求。F-450/F-453体系通过的试验包括Ford 耐磨擦牢度试验(在耐磨擦试验中使用了石脑油和皂水溶液来暴露短纤维区域)和Chrysler环境试验(高温暴露短纤化的基板，以及水浸)。
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, F, d; ^# f8 N2 N9 R2 E, C除了性能试验以外，胶粘剂体系还具有宽的操作视窗。这对于在典型EPDM挤出流水线上见到的连续性操作，以及满足TPV基板要求的低固化温度要求的两级加工都能适合。胶粘剂体系还通过了福特（Ford）、克莱斯勒（Chrysler）和通用（GM）以外汽车厂商的其他流体暴露和磨耗试验。

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alex688

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