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      EPDM橡膠汽車密封條植絨研究

      時間:2019-11-141362 次瀏覽

      信息摘要:橡膠密封條作為門窗內飾件,起著密封、防止灰塵和雨水進入車內、降低噪音等作用。

      隨著人們生活水平的不斷提高,對汽車的舒適性要求也越來越高,作為汽車的重要一部分,汽車內飾件越來越受到關注。橡膠密封條作為門窗內飾件,起著密封、防止灰塵和雨水進入車內、降低噪音等作用。汽車生產廠為使玻璃導槽密封條、內外水切條更加密封以及良好地滑動,通常會在這些橡膠密封條上做植絨處理,即在靜電場中,電著處理過的絨毛,依靠靜電場力的作用將其植入涂有膠粘劑的基材表面。這種用來粘接絨毛和基材的膠粘劑即為植絨膠。本文簡要介紹了植絨膠的分類、應用工藝、影響植絨的因素以及相關性能測試方法。

      1、植絨材料

      汽車密封條植絨通常由三部分組成,即基材、植絨膠和植絨纖維。

      1.1基材

      目前汽車密封條采用的基材主要有聚氯乙烯(PVC)、三元乙丙橡膠(EPDM)和熱塑性彈性體(TPV)。PVC密封條因成本較低而曾被廣泛應用,但鑒于其環保性較差,逐漸被中高端轎車舍棄。TPV作為一種新型的彈性體材料,兼具傳統橡膠的力學彈性和熱塑性塑料的加工性,同時具有良好的耐候性、可循環使用等特性,也逐漸被密封條廠家所使用。EPDM橡膠以其優良的耐天候、耐臭氧性和力學性能,同時,具有最低的相對密度,能吸收大量的填料和油以降低成本,所以在汽車密封條行業得到了廣泛的應用。本文主要基于EPDM基材討論密封條的植絨。

      1.2植絨膠

      植絨膠為植絨的關鍵材料,起到粘接植絨纖維與基材的作用。其分類較多,根據基體樹脂的不同,可分為丙烯酸類、聚氨酯類;按照所使用的分散介質,可分為溶劑型植絨膠和水性植絨膠;按照組分的多少,可分為單組分植絨膠和雙組分植絨膠。

      丙烯酸類植絨膠是較早出現的一類植絨膠,但是由于其耐磨性能較差,在汽車橡膠密封條上應用得越來越少。聚氨酯類植絨膠與經過表面處理的EPDM基材和絨毛都有較好的粘附性,且制成的絨面具有較好的耐磨性、耐化學溶劑性和耐候性,所以被廣泛應用。目前,Lord公司應用較廣泛的植絨膠

      Flocklokt852即為聚氨酯型。根據分散介質的不同,分為溶劑型植絨膠和水性植絨膠。溶劑型植絨膠以優異的性能、原料來源較易而占據主要市場;水性植絨膠由于成本較高,目前應用較少,但是由于其環境友好性及良好的綜合性能,將成為植絨膠的發展趨勢。

      目前,Lord公司已開發出兩款水性植絨膠AutosealRC3902、 Flocksilw2501-21A/B,均可應用于EPDM、TPE等基材上,其植絨產品具有優良的耐磨、粘接等特點。

      1.3植絨纖維

      在汽車密封條上,植絨纖維可以起到防止雨水滲透、減少噪音和增加密封條與玻璃之間滑動的作用,目前應用較多的是聚酯和尼龍型的,原因是其具有較好的耐磨性、較高的強度。

      2、植絨工藝

      密封條的植絨不是一個簡單涂刷過程,而是一個多道工藝協調的過程,植絨示意圖見圖1。植絨產品最終的性能除了與基材、植絨膠和植絨纖維有關外,還受涂膠前密封條的硫化程度、表面處理、密封條表面溫度的控制、植絨膠的厚度、刷膠點與植絨箱之間的距離、植絨箱的植絨條件以及植絨膠的固化條件等因素的影響。

      QQ截圖20191114112948.jpg

      2.1橡膠的硫化程度

      對于EPDM橡膠,密封條擠出后在硫化槽的硫化程度對植絨效果有一定的影響。這是因為EPDM橡膠中第三單體的存在在某種程度上可以促進與植絨膠的反應,從而增加植絨膠與橡膠之間的粘接力。所以在橡膠硫化階段,要避免膠條100%硫化,膠條硫化程度應控制在60%-80%,可在一定程度上有效提高植絨與基材之間的粘接力。

      2.2橡膠的表面處理

      對于表面被灰塵、油脂污染的EPDM橡膠,通常建議在使用前做一下去污處理。譬如可以用丁酮等溶劑進行擦洗,否則這些污染物的存在可能將會是粘接的破壞點。而另外一個影響EPDM橡膠與聚氨酯植絨膠粘接強度的重要因素是兩者相差較大的表面張力。EPDM橡膠是一種低極性材料,其表面張力通常在30-35dyn/cm(1dyn/cm=1.02×10的負四次方kg/m,下同)左右;而普遍使用的聚氨酯植絨膠多為高極性,通常表面張力在60~70dyn/cm,當這種植絨膠液體涂敷于EPDM橡膠表面時,由于表面張力差異的作用,使得膠粘劑液體在EPDM橡膠表面很難潤濕和鋪展開,從而影響膠粘劑的粘接力。為了提高膠粘劑與EPDM基材之間的粘接力,通常情況下都會對EPDM橡膠做表面處理,目前常見的表面處理方法有機械打磨法、等離子處理法、表面底涂劑法。

      機械打磨是一種傳統的表面處理方式,經過打磨的橡膠表面變得粗糙不平,當膠粘劑固化后,膠粘劑被鑲嵌在橡膠表面的空洞里,從而增加膠粘劑與橡膠的粘接力(見圖2)。但是對于橡膠密封條,由于需要處理的斷面較小,在工藝控制上難度較大,若控制不當,往往會出現漏處理、容易造成二次污染等情況,所以在橡膠密封條廠家應用較少。

      QQ截圖20191114113001.jpg

      等離子處理為一種新型的表面處理方式,其原理是等離子體使聚合物表層分子發生斷鍵而生成大量自由基,增加表面活性,提高基材的表面張力,從而大大提高膠粘劑與基材之間的粘接力。且由于其作用時間短、工藝簡潔、處理效果好,而被橡膠密封條行業廣泛應用。

      底涂劑是一種附著力促進樹脂,將其涂敷在橡膠表面形成一層互混層,從而形成連接基材和膠粘劑的橋梁,增加兩者粘接力。如Lord公司的 Chemlok459系列和RC1000系列,均可以用來提高膠粘劑與EPDM橡膠之間的粘接力。

      2.3涂膠前密封條的表面溫度

      涂膠前密封條表面溫度的高低對植絨效果有一定的影響,所以通常會控制涂膠前密封條的表面溫度在60℃-110℃。在其他影響因素不變的情況下,密封條表面溫度過高,刷完膠后往往使溶劑揮發過快,從而導致絨毛在膠粘劑中的植入深度不夠或者很難植入植絨膠中,影響密封條的植絨性能;如果膠

      條表面溫度過低,又不利于溶劑的揮發,結果是很難涂厚膠層或者造成植絨膠的流淌,給刷膠工藝帶來一定的困難。

      2.4植絨膠的厚度

      膠條植絨面的性能(如耐磨性能),在很大程度上會受到植絨膠厚度的影響。膠膜厚度過薄,在使用過程中,植絨膠更容易被磨損;同時,植入膠粘劑中的絨毛長度會很短,絨毛在植絨膠上的牢固度會降低:當然,如果膠膜厚度過厚,一是可能會造成植絨面的手感降低;二是在膠條發生彎曲時,植絨面容易發生龜裂。通常植絨膠的干膜厚度控制在51-76μm(2-3mil)之間會有較好的耐磨性能。

      通過表1可以看出,隨著植絨膠干膜厚度的增加,植絨面的耐磨性能逐漸提高,這是因為絨毛植入膠黏劑中的長度較長,相對來說其牢固度較好,故其耐磨性更好;但是龜裂性呈現降低趨勢。

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      2.5刷膠點與植絨箱之間的距離

      刷膠點與植絨箱之間的距離對植絨的影響類似于涂膠前密封條表面溫度對植絨的影響,同時,兩者是相互關聯的。如果膠條涂膠前的表面溫度較高,那么應適當地縮短刷膠點與植絨箱之間的距離,這是因為溫度較高,溶劑揮發更快,較長的距離可能會使植絨膠更容易表干,從而增加絨毛植入的難度,最終影響植絨效果。

      2.6植絨箱中的工藝條件

      植絨的原理是利用靜電效應,即經過一定電著處理的絨毛在靜電場作用下產生極化而帶電,帶電絨毛經過復雜的運動,最后做直立定向運動,依靠電場力而植入涂有植絨膠的基材表面。在密封條植絨過程中,絨毛的投放量以及投放是否平穩、絨毛和植絨箱的相對濕度和溫度、上下極板的電場強度都

      會影響植絨的質量。絨毛的投放量過大過小會造成植絨面的絨毛過密過稀,投放不平穩會造成植絨不均勻,影響植絨面的性能,在生產過程中,應適當控制絨毛的投放量和保持投放量的平穩;對于絨毛的相對濕度,推薦控制在60%-70%的范圍內,以防止絨毛結塊,影響絨毛的投放;上下極板間的電場強

      度是由電壓和兩極板之間的距離決定的,植絨纖維在電場力的作用下做高速運動并垂直植入膠粘劑中,電場強度的大小會影響到絨毛植入膠粘劑中的深度,典型的植絨電場強度為25~35kv/cm。

      2.7植絨膠的固化

      植絨膠的固化對最終產品的性能影響較大,若固化不充分,在后續工藝中很可能導致植絨面絨毛被壓倒,影響產品的性能和外觀。

      影響固化的因素主要有固化槽的長度、生產線速度和固化的溫度。較長的生產線對植絨膠的固化起著關鍵性的作用,但是相對來說也會增加成本。國內大多數密封條廠家生產線的現狀為固化槽的長度16-24m,生產線速度8-10m/min。但是隨著密封條廠家對生產效率的追逐,生產線速度逐漸被提高,在固化槽長度不變的情況下,相對來說膠條的固化時間減少,從而影響植絨膠的固化。針對這種情況,最好適當提高固化溫度,加快固化速率,但是固化溫度不應超過植絨纖維的熔點,否則要造成絨毛燒焦;另外,加入適當的催化劑也可加快植絨膠的固化速度。

      3、性能測試

      在評價密封條植絨的性能時,不同的汽車主機廠采用的標準不一,通常要測試的性能有植絨膠干膜厚度、植絨纖維排列狀態、干膜耐磨性、濕膜耐磨性、粘接力等性能。干膜厚度通常借助于高倍數字顯微鏡測量,同時通過數字顯微鏡還可以觀察植絨纖維的排列狀態(見圖3)。耐磨性能的測試標準較多,大眾汽車主要采用金屬磨頭,磨頭的負重、曲率半徑依據具體產品而定;通用汽車則主要采用金屬圓形磨頭。對于基材與植絨膠之間粘接力的測試方法,主要是采用密封石蠟或熱熔膠,加熱熔融后借助于模具澆注在植絨面上,冷卻后測試90℃剝離強度,來表征其粘接力。

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      4、結語

      在汽車行業飛速發展的今天,汽車密封條的生產也亟需進一步改善,植絨工藝需進一步優化,盡可能確保每一個影響因素的干擾降到最低。相應的設備應進行進一步改進,如等離子處理的能力、植絨室的控制條件等等。作為植絨的重要材料,植絨膠也需要進一步改進,開發單組分、環保型、快速固化的植絨膠是必然的發展趨勢。


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