TPV接角接EPDM关于提高结合力的经验教训

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所属分类:弹性体文章

摘要:研究车窗导槽以EPDM作为基材,接角采用TPV为材料的应用。在应用的过程中,通过科学的方法来改善提高其连接强度并试验验证有效性。试验结果表明,选用合适的TPV牌号,制定科学的工艺参数以及设计合理的接角结构可以有效提高TPV和EPDM的接角强度,满足在车窗上的使用寿命。

三元乙丙橡胶(EPDM)具有传统橡胶的柔软性、弹性,还具有良好的耐候性。可在-60℃~135℃的范围内长期使用。同时还具有优良的机械性能如抗疲劳、抗撕裂及耐酸碱、耐臭氧等优点。为满足不断增长的绿色环保及可循环利用的需求,TPV慢慢开始扮演重要的角色,并在某些领域开始取代EPDM。未来TPV市场主要受以下因素驱动:一是汽车轻量化的需求。对于目前的汽车行业而言,减轻车体质量以及提高燃料利用率迫在眉睫,因此质轻且性能优异的TPV成为制造商们的不二之选。二是TPV可循环利用。目前有关汽车用可循环材料的法律法规将逐步规范,监管力度不断加强,而绿色环保、可循环利用的TPV正是汽车制造商们的球星。EPDM主要在化学特性上比TPE优越,耐油,耐老化性很强,而这些是TPE的弱项。但是TPE在机械性能上比EPDM略优,TPE的伸长率和抗撕裂性比EPDM要好。一些整车厂开始在车窗导槽上推行EPDM作为基材,TPV作为接角材料的设计要求。然而它们毕竟是两种截然不同的材料,本文重点研究在开发过程中如何提高两者的粘结强度的实践,分享经验教训。

1 问题概述

1.1 两种材料的特性阐述

三元乙丙橡胶,简称EPDM,由乙烯、丙烯、二烯烃共聚而得到的弹性体。EPDM具有良好的电气绝缘性能和耐电晕性能;优良的机械性能,拉伸强度、抗撕裂强度;耐热水和水蒸气性能好,可以抵抗热、光及臭氧。

热塑性硫化弹性,简称TPV,包埋在热塑性基体内的化学交联(硫化)橡胶,类似于热固性橡胶,但又像热塑性塑料一样可进行熔融加工;细小颗粒状的橡胶均匀分散,因而具有良好的拉伸强度;锁定形态可提供稳定的物理特性;其主要的优点有:性能增强,热封性能持久且成品部件更加美观;部件/系统成本降低,加工过程简化且设计灵活,因此制造商能够制造复杂的部件;拥有可持续发展的机会,减轻部件重量,可在使用寿命结束时进行回收利用和可持续制造。

1.2 产品在实际生产过程中遇到的问题

TPV是EPDM和PP/PE通过动态硫化共聚而成,具有塑料的加工性能和橡胶的物理化学性能。EPDM分子间是通过化学链联结成一个三维空间网型大分子,形成交联,即化学交联;TPV分子链的运动受到周围分子的羁绊和限制,即物理缠结。EPDM的分子键能大于TPV分子间的作用力(范德华力),EPDM的交联强度也要大于TPV的缠结强度。

假设以下三种材料组合的接角接触面积均相同,微观的看就是接触点相同,因此可以把交联点和缠结点看做接触点间的作用力。

当基材或接角料为TPV时,假设EPDM组分含a,PP/PE组合含b,总量为a+b,由于同一接触面积,则基材或接角料为EPDM时,总量也为a+b。

从接角材料组合的设计上分析,EPDM+EPDM接角强度最高,TPV+TPV的组合其次,EPDM+TPV的组合强度最低。

TPV接角接EPDM关于提高结合力的经验教训

此外,在脱模、包装、物流运输、装配的过程中,产品的接角很容易受到拉力、挤压而开裂。如果我们想降低开裂的风险,我们就应该增加接角的强度并且设计改变接角的应力点。

2 优化措施

2.1 选用优质性能的接角材料

JSR EXCELINK 具有较低的密度0.88~0.90g/cm³;较高的熔体流动速率和非常好的注射模压性能;具有高光泽度并且通过模具的皮纹可以有效得控制光泽度;具备非常好的耐候性且不起白霜和色差。

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韧小编注JSR 1703B是低摩擦规格,硬度15秒,约71A左右,融指@2.16KG,约是5,@5kg,约是60。拉伸强度约在6MPa。JSR的接角TPV,有个特色是,流动性非常的好,但缺点是机械性能略低,压缩变形也略差。

2.2 优化注射工艺参数

通过加工烘干设备将料温从250℃提高到280℃。

TPV接角接EPDM关于提高结合力的经验教训

韧小编注:关于这个加工温度,小编存在疑问,JSR的接角料,流动性是相当的好,使用这么高的温度,会有2个问题,①是有飞边,②是收缩痕厉害,不知道作者厂家是如何解决的。

2.3 接角结构造型上的优化

接角的初始设计的结构是EPDM挤出条和TPV接角的截面是平面接平面,在实际生产及使用过程中,发现接角的开裂位置正是从接角的横截面开始的。通过力学分析,我们将接角的截面由平面改为台阶面,好处有两点:(1)增加接角的接触面积;(2)分散应力点。

TPV接角接EPDM关于提高结合力的经验教训

3 实验

3.1 耐气候交变试验

试验标准采用大众PV 2005-A。该试验规范适用于对汽车零件,特别是连接件的质量的检验,采用循环气候交变试验,不仅对新零件,而且还对在样品和批量产品检验时经过特殊预老化之后的零件进行质量检验。在此可判断零件在承受气候交变负荷时的性能。

试验方法是将待试验零件放入准备好的模拟气候室内并在所要求的循环之后进行鉴定。

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3.2 接角强度拉伸试验

将接角从成品上截取下来,并两端预留充足的长度;一端固定在基座上,另一端由夹头紧固,试验运行速度设置为200mm/min。

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4 试验结果

分别选取做了以上优化的样品及不做优化的样品各20件,通过温湿交变和接角强度拉伸试验验证,不做优化的样品开裂率达到80%,而优化好的样品开裂率仅为5%。

5 结论

虽然EPDM和TPV结合的强度本身要比EPDM接EPDM和TPV接TPV来得弱一些,但在开发研究过程中,尝试不同的优化方案:选取最合适的TPV原料、提高TPV料温、接角强度起到帮助作用。

推荐阅读热塑性弹性体TPE接角料存在问题简述及市面上主流牌号介绍

参考文献:

【1】 陈庆华,钱庆荣,肖荔人.EPDM/PP动态硫化热塑性弹性体的研制及应用[J].工程塑料应用,2002(05).

【2】 梁诚.热塑性弹性体生产现状与发展趋势[J].石油化工技术经济,2005(01).

文章来源:库博标准汽车有限公司 施君逸

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