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EPDM橡胶汽车密封条植绒研究

时间:2019-11-14964 次浏览

信息摘要:橡胶密封条作为门窗内饰件,起着密封、防止灰尘和雨水进入车内、降低噪音等作用。

随着人们生活水平的不断提高,对汽车的舒适性要求也越来越高,作为汽车的重要一部分,汽车内饰件越来越受到关注。橡胶密封条作为门窗内饰件,起着密封、防止灰尘和雨水进入车内、降低噪音等作用。汽车生产厂为使玻璃导槽密封条、内外水切条更加密封以及良好地滑动,通常会在这些橡胶密封条上做植绒处理,即在静电场中,电着处理过的绒毛,依靠静电场力的作用将其植入涂有胶粘剂的基材表面。这种用来粘接绒毛和基材的胶粘剂即为植绒胶。本文简要先容了植绒胶的分类、应用工艺、影响植绒的因素以及相关性能测试方法。

1、植绒材料

汽车密封条植绒通常由三部分组成,即基材、植绒胶和植绒纤维。

1.1基材

目前汽车密封条采用的基材主要有聚氯乙烯(PVC)、三元乙丙橡胶(EPDM)和热塑性弹性体(TPV)。PVC密封条因成本较低而曾被广泛应用,但鉴于其环保性较差,逐渐被中高端轿车舍弃。TPV作为一种新型的弹性体材料,兼具传统橡胶的力学弹性和热塑性塑料的加工性,同时具有良好的耐候性、可循环使用等特性,也逐渐被密封条厂家所使用。EPDM橡胶以其优良的耐天候、耐臭氧性和力学性能,同时,具有更低的相对密度,能吸取大量的填料和油以降低成本,所以在汽车密封条行业得到了广泛的应用。本文主要基于EPDM基材讨论密封条的植绒。

1.2植绒胶

植绒胶为植绒的关键材料,起到粘接植绒纤维与基材的作用。其分类较多,根据基体树脂的不同,可分为丙烯酸类、聚氨酯类;按照所使用的分散介质,可分为溶剂型植绒胶和水性植绒胶;按照组分的多少,可分为单组分植绒胶和双组分植绒胶。

丙烯酸类植绒胶是较早出现的一类植绒胶,但是由于其耐磨性能较差,在汽车橡胶密封条上应用得越来越少。聚氨酯类植绒胶与经过表面处理的EPDM基材和绒毛都有较好的粘附性,且制成的绒面具有较好的耐磨性、耐化学溶剂性和耐候性,所以被广泛应用。目前,Lord企业应用较广泛的植绒胶

Flocklokt852即为聚氨酯型。根据分散介质的不同,分为溶剂型植绒胶和水性植绒胶。溶剂型植绒胶以优异的性能、原料来源较易而占据主要市场;水性植绒胶由于成本较高,目前应用较少,但是由于其环境友好性及良好的综合性能,将成为植绒胶的发展趋势。

目前,Lord企业已开发出两款水性植绒胶AutosealRC3902、 Flocksilw2501-21A/B,均可应用于EPDM、TPE等基材上,其植绒产品具有优良的耐磨、粘接等特点。

1.3植绒纤维

在汽车密封条上,植绒纤维可以起到防止雨水渗透、减少噪音和增加密封条与玻璃之间滑动的作用,目前应用较多的是聚酯和尼龙型的,原因是其具有较好的耐磨性、较高的强度。

2、植绒工艺

密封条的植绒不是一个简单涂刷过程,而是一个多道工艺协调的过程,植绒示意图见图1。植绒产品最终的性能除了与基材、植绒胶和植绒纤维有关外,还受涂胶前密封条的硫化程度、表面处理、密封条表面温度的控制、植绒胶的厚度、刷胶点与植绒箱之间的距离、植绒箱的植绒条件以及植绒胶的固化条件等因素的影响。

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2.1橡胶的硫化程度

对于EPDM橡胶,密封条挤出后在硫化槽的硫化程度对植绒效果有一定的影响。这是因为EPDM橡胶中第三单体的存在在某种程度上可以促进与植绒胶的反应,从而增加植绒胶与橡胶之间的粘接力。所以在橡胶硫化阶段,要避免胶条100%硫化,胶条硫化程度应控制在60%-80%,可在一定程度上有效提高植绒与基材之间的粘接力。

2.2橡胶的表面处理

对于表面被灰尘、油脂污染的EPDM橡胶,通常建议在使用前做一下去污处理。譬如可以用丁酮等溶剂进行擦洗,否则这些污染物的存在可能将会是粘接的破坏点。而另外一个影响EPDM橡胶与聚氨酯植绒胶粘接强度的重要因素是两者相差较大的表面张力。EPDM橡胶是一种低极性材料,其表面张力通常在30-35dyn/cm(1dyn/cm=1.02×10的负四次方kg/m,下同)左右;而普遍使用的聚氨酯植绒胶多为高极性,通常表面张力在60~70dyn/cm,当这种植绒胶液体涂敷于EPDM橡胶表面时,由于表面张力差异的作用,使得胶粘剂液体在EPDM橡胶表面很难润湿和铺展开,从而影响胶粘剂的粘接力。为了提高胶粘剂与EPDM基材之间的粘接力,通常情况下都会对EPDM橡胶做表面处理,目前常见的表面处理方法有机械打磨法、等离子处理法、表面底涂剂法。

机械打磨是一种传统的表面处理方式,经过打磨的橡胶表面变得粗糙不平,当胶粘剂固化后,胶粘剂被镶嵌在橡胶表面的空洞里,从而增加胶粘剂与橡胶的粘接力(见图2)。但是对于橡胶密封条,由于需要处理的断面较小,在工艺控制上难度较大,若控制不当,往往会出现漏处理、容易造成二次污染等情况,所以在橡胶密封条厂家应用较少。

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等离子处理为一种新型的表面处理方式,其原理是等离子体使聚合物表层分子发生断键而生成大量自由基,增加表面活性,提高基材的表面张力,从而大大提高胶粘剂与基材之间的粘接力。且由于其作用时间短、工艺简洁、处理效果好,而被橡胶密封条行业广泛应用。

底涂剂是一种附着力促进树脂,将其涂敷在橡胶表面形成一层互混层,从而形成连接基材和胶粘剂的桥梁,增加两者粘接力。如Lord企业的 Chemlok459系列和RC1000系列,均可以用来提高胶粘剂与EPDM橡胶之间的粘接力。

2.3涂胶前密封条的表面温度

涂胶前密封条表面温度的高低对植绒效果有一定的影响,所以通常会控制涂胶前密封条的表面温度在60℃-110℃。在其他影响因素不变的情况下,密封条表面温度过高,刷完胶后往往使溶剂挥发过快,从而导致绒毛在胶粘剂中的植入深度不够或者很难植入植绒胶中,影响密封条的植绒性能;如果胶

条表面温度过低,又不利于溶剂的挥发,结果是很难涂厚胶层或者造成植绒胶的流淌,给刷胶工艺带来一定的困难。

2.4植绒胶的厚度

胶条植绒面的性能(如耐磨性能),在很大程度上会受到植绒胶厚度的影响。胶膜厚度过薄,在使用过程中,植绒胶更容易被磨损;同时,植入胶粘剂中的绒毛长度会很短,绒毛在植绒胶上的牢固度会降低:当然,如果胶膜厚度过厚,一是可能会造成植绒面的手感降低;二是在胶条发生弯曲时,植绒面容易发生龟裂。通常植绒胶的干膜厚度控制在51-76μm(2-3mil)之间会有较好的耐磨性能。

通过表1可以看出,随着植绒胶干膜厚度的增加,植绒面的耐磨性能逐渐提高,这是因为绒毛植入胶黏剂中的长度较长,相对来说其牢固度较好,故其耐磨性更好;但是龟裂性呈现降低趋势。

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2.5刷胶点与植绒箱之间的距离

刷胶点与植绒箱之间的距离对植绒的影响类似于涂胶前密封条表面温度对植绒的影响,同时,两者是相互关联的。如果胶条涂胶前的表面温度较高,那么应适当地缩短刷胶点与植绒箱之间的距离,这是因为温度较高,溶剂挥发更快,较长的距离可能会使植绒胶更容易表干,从而增加绒毛植入的难度,最终影响植绒效果。

2.6植绒箱中的工艺条件

植绒的原理是利用静电效应,即经过一定电着处理的绒毛在静电场作用下产生极化而带电,带电绒毛经过复杂的运动,最后做直立定向运动,依靠电场力而植入涂有植绒胶的基材表面。在密封条植绒过程中,绒毛的投放量以及投放是否平稳、绒毛和植绒箱的相对湿度和温度、上下极板的电场强度都

会影响植绒的质量。绒毛的投放量过大过小会造成植绒面的绒毛过密过稀,投放不平稳会造成植绒不均匀,影响植绒面的性能,在生产过程中,应适当控制绒毛的投放量和保持投放量的平稳;对于绒毛的相对湿度,推荐控制在60%-70%的范围内,以防止绒毛结块,影响绒毛的投放;上下极板间的电场强

度是由电压和两极板之间的距离决定的,植绒纤维在电场力的作用下做高速运动并垂直植入胶粘剂中,电场强度的大小会影响到绒毛植入胶粘剂中的深度,典型的植绒电场强度为25~35kv/cm。

2.7植绒胶的固化

植绒胶的固化对最终产品的性能影响较大,若固化不充分,在后续工艺中很可能导致植绒面绒毛被压倒,影响产品的性能和外观。

影响固化的因素主要有固化槽的长度、生产线速度和固化的温度。较长的生产线对植绒胶的固化起着关键性的作用,但是相对来说也会增加成本。国内大多数密封条厂家生产线的现状为固化槽的长度16-24m,生产线速度8-10m/min。但是随着密封条厂家对生产效率的追逐,生产线速度逐渐被提高,在固化槽长度不变的情况下,相对来说胶条的固化时间减少,从而影响植绒胶的固化。针对这种情况,更好适当提高固化温度,加快固化速率,但是固化温度不应超过植绒纤维的熔点,否则要造成绒毛烧焦;另外,加入适当的催化剂也可加快植绒胶的固化速度。

3、性能测试

在评价密封条植绒的性能时,不同的汽车主机厂采用的标准不一,通常要测试的性能有植绒胶干膜厚度、植绒纤维排列状态、干膜耐磨性、湿膜耐磨性、粘接力等性能。干膜厚度通常借助于高倍数字显微镜测量,同时通过数字显微镜还可以观察植绒纤维的排列状态(见图3)。耐磨性能的测试标准较多,大众汽车主要采用金属磨头,磨头的负重、曲率半径依据具体产品而定;通用汽车则主要采用金属圆形磨头。对于基材与植绒胶之间粘接力的测试方法,主要是采用密封石蜡或热熔胶,加热熔融后借助于模具浇注在植绒面上,冷却后测试90℃剥离强度,来表征其粘接力。

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4、结语

在汽车行业飞速发展的今天,汽车密封条的生产也亟需进一步改善,植绒工艺需进一步优化,尽可能确保每一个影响因素的干扰降到更低。相应的设备应进行进一步改进,如等离子处理的能力、植绒室的控制条件等等。作为植绒的重要材料,植绒胶也需要进一步改进,开发单组分、环保型、快速固化的植绒胶是必然的发展趋势。


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