汽車密封系統(tǒng)用高（回）彈性Santoprene熱塑性硫化膠（TPV）

劉明，譯

(沈陽(yáng)第四橡膠股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110021)

0 引言

熱塑性彈性體（TPE）是一類具有橡膠和熱塑性塑料綜合優(yōu)異性能的材料，例如具有優(yōu)異的壓縮永久變形性能而顯示出很好的密封性，另外，還具有普通熱塑性塑料那樣的可加工性能。而熱塑性硫化膠（TPV）就是制備出的TPE一個(gè)分支。TPV可以通過(guò)動(dòng)態(tài)硫化方式制備出來(lái)，而橡膠則是在熱塑性聚合物中硫化而聚合物則是在溫度升溫過(guò)程中進(jìn)行相近的混合（混煉）或素?zé)挕PV的彈性，拉伸性能和硬度的控制則是通過(guò)較硬的熱塑性聚合物相與例軟的橡膠相比較的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。大家都知道TPV具有普通硫化橡膠優(yōu)越的密封性能，優(yōu)異的物理性能，很好的耐高溫性能和優(yōu)異的耐化學(xué)品性能。鑒于這些優(yōu)越性的表現(xiàn)，Santoprene熱塑性硫化膠（TPV）已經(jīng)成為了適于各式各樣汽車密封應(yīng)用的多用途材料了。TPV在汽車密封領(lǐng)域的應(yīng)用，包括玻璃、雨水流道膠條（H型密封條），動(dòng)態(tài)密封件，車頭（罩）通風(fēng)格密封件和車窗上部密封鑲條等。（Santoprene是美國(guó)Exxon Mobil Chemical公司的產(chǎn)品注冊(cè)個(gè)商標(biāo)）Santoprene TPV基材料密封系統(tǒng)連續(xù)地增長(zhǎng)，與普通的熱固性基材料密封系統(tǒng)相比具有許多的優(yōu)越性，例如，無(wú)需進(jìn)行硫化就可以加工，還有與其它熱塑性聚合物的共擠出能力不僅降低了成本，還獲得了許多有益的性能，例如有低摩擦力高光滑（澤）的表面，耐劃痕和耐擦痕。TPV的加工費(fèi)用要明顯的低于熱固性橡膠，例如，生產(chǎn)和制備TPV基風(fēng)雨密封條的工廠只需要大約可對(duì)比的EPDM生產(chǎn)線空間的1/3左右，降低了設(shè)施和總計(jì)費(fèi)用。與熱固性EPDM相比,TPV可以降低材料的密度,使設(shè)計(jì)最優(yōu)化，它可以以更薄和更輕型材結(jié)構(gòu)制備出具有同等壓縮負(fù)荷變形的產(chǎn)品部件。例如，采用Santo prene熱塑性硫化膠（TPV）制備出的汽車風(fēng)雨密封條可以比用EPDM制備出同樣的產(chǎn)品重量輕20%，還有，TPV在生產(chǎn)和制造產(chǎn)品過(guò)程中，由于產(chǎn)品的膠邊和碎屑都可以進(jìn)行熔化并重新模壓，故不會(huì)產(chǎn)生廢料。總之，用TPV在生產(chǎn)汽車風(fēng)雨密封條時(shí)可以把廢料率降低50%。由于TPV在生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中不用硫化而消除了熱硫化過(guò)程可以在生產(chǎn)過(guò)程中降低50%能源消耗。在汽車玻璃（雨水）流水槽系統(tǒng)，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是從安裝（雨水）流水槽到框架嵌入玻璃的方式，已經(jīng)惹人注目地提升了材料性能要求。除了要改善密封性能，還期待汽車玻璃框架的設(shè)計(jì)要降低噪音、降低振動(dòng)，防止外面的（雨）水和灰塵侵入，同時(shí)還傳遞出優(yōu)美的外觀美學(xué)感受。汽車風(fēng)雨密封條（件）的設(shè)計(jì)因而要求采用能夠提供優(yōu)異的彈性，耐紫外線、耐老化、性能穩(wěn)定的材料。典型的機(jī)動(dòng)車輛是每輛采用多達(dá)17 kg的EPDM橡膠。而具有優(yōu)異彈性的高性能熱塑性硫化膠（TPV）為替代較重的EPDM（不只如此），達(dá)到車輛輕量化提供了唯一的可能，在本文中我們證明和確認(rèn)了所設(shè)計(jì)完成的一種新型高（回）彈性San toprene熱塑性硫化膠TPV E400產(chǎn)品系列的某些關(guān)鍵特性與性能，可以滿足汽車密封系統(tǒng)的產(chǎn)品性能的諸項(xiàng)要求。

1 San toprene高（回）彈性（HR）熱塑性硫化膠TPV E400的物理和彈性性能

San toprene高（回）彈性熱性硫化膠（TPV）規(guī)格系列已經(jīng)開發(fā)出來(lái)，獲得了優(yōu)異的彈性性能，很好的物理性能并具有易于加工的特性。表1列出了Santoprene 121-60E400和已商品化的邵爾A硬度60、TPV規(guī)格為121-58W175熱塑性硫化膠的物理性能。新型的TPV材料表現(xiàn)出了優(yōu)秀的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率性能，還有很不錯(cuò)的壓縮永久變形性能，有相近的硬度指標(biāo)，121-60E400硫化膠表現(xiàn)出相當(dāng)高的拉伸斷裂強(qiáng)度，100%定伸應(yīng)力和較低的壓縮永久變形。另外，Santoprene HR級(jí)硫化膠在高溫下浸泡在ⅠRM903號(hào)油后，溶脹降低很明顯，在ⅠRM903號(hào)油降低了膠料的溶脹則表明熱塑性硫化膠（TRV）具有很好的耐油性能。

表1 Santoprene 121-60E400和121-58W175的熱塑性硫化膠的物理性能

*如適用，應(yīng)在注壓機(jī)扇形注口2.0 mm注壓片上測(cè)其試驗(yàn)結(jié)果，拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和拉伸應(yīng)力應(yīng)在其流動(dòng)方向上測(cè)定，系采用Exxo Mobil 公司的試驗(yàn)方法完成的試驗(yàn)結(jié)果，可能與ASTM和1或ⅠSO試驗(yàn)方法不完全一致。

圖1和圖2將新型Santoprene121-60E400和當(dāng)前商品化級(jí)熱塑性硫化膠TPV121-58W175的不同批次性能進(jìn)行了對(duì)比。San toprene121-60E400與121-58W175硫化膠相比，前者具有在70 ℃溫度下優(yōu)異的拉伸、變形和壓縮變形性能和較高的（丟）洛氏（durometer）硬度。通過(guò)細(xì)心地調(diào)整熱塑性硫化膠（TRV）組份，San toprene E400系列可以在更高的硬度值下達(dá)到了更好的彈性性能。另外一個(gè)能夠決定汽車密封應(yīng)用材料性能的重要材料參數(shù)就是在時(shí)間和溫度作用下的保持密封力。最理想的是能有更高密封保持力就是保持密封性能。圖3則對(duì)121-60E400和121-58W175硫化膠的密封保持力進(jìn)行了比較。而Santoprene 121-60E400則表現(xiàn)出更高的密封保持力，甚至經(jīng)過(guò)24 h后，數(shù)據(jù)證明改善了密封性能。

圖1按修訂的TPE-0053方法，50%應(yīng)力（應(yīng)變），70 ℃×24 h在應(yīng)力（應(yīng)變）下經(jīng)2 h冷卻在測(cè)定前經(jīng)30 min松弛后測(cè)定的San toprene121-60E400硫化膠的拉伸變形以及按ASMD2240規(guī)定測(cè)定的（丟）洛氏（durometer）硬度。

圖3將新型的121-60E400 級(jí)熱塑性硫化膠和商品級(jí)121-58W175硫化膠的耐紫外線（UV）性能進(jìn)行了對(duì)比。121-60E400型按照SAE J25217規(guī)定試驗(yàn)，在2 500 kJ/m2強(qiáng)度UV暴露下,表現(xiàn)出較低的顏色變化。另外新型121-60E400具有優(yōu)異的加工性，與其它商品化的Santoprene TPV品級(jí)加工性能相同。例如，在采用傳統(tǒng)的風(fēng)雨膠條密封件擠出設(shè)備加工時(shí)，San toprene121-60E400型的表面粗糙度與121-58W175的相似，（參見圖4）。新型Santoprene高（回）彈性型硫化膠與121-58W175型相比，具有較高的熔體黏度，但表現(xiàn)出相似的擠出能力，因而Santoprene HR TPV在大部分應(yīng)用場(chǎng)合都有望作為相似的加工窗口和最佳的選擇。

3 熱塑性硫化膠（TPV）應(yīng)用小結(jié)和展望

Santoprene121-60E400熱塑性硫化膠是國(guó)外有代表性的一種特殊配合新型高（回）彈性TPV可以滿足下一代汽車密封系統(tǒng)的高彈性的要求。這種新型的TPV在高溫時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的壓縮永久變形性能，并顯示出極佳的物理性能。

San toprene121-60E400型在與有相近硬度的商品化TPV比較時(shí)，表現(xiàn)出了相當(dāng)高的密封保持力。這種新型的熱塑性硫化膠在按苛刻的PV3307試驗(yàn)方法測(cè)定時(shí)，與已商品化的TPV相比前者下降30%的壓縮永久變形。而新型San toprene HR TPV與其它TPV對(duì)比則表現(xiàn)出相當(dāng)不錯(cuò)的耐紫外線（UV）性能和光滑的擠出表面。它們可以有很寬的加工窗口選擇，可以在普通的擠出設(shè)備和注壓設(shè)備加工制備出成品，San toprene HR TPV在許多應(yīng)用都有優(yōu)秀的用武之地，在要求有杰出密封性能的場(chǎng)合，例如可以做玻璃雨水流道膠條（H型密封條），動(dòng)態(tài)密封件、車罩通風(fēng)格密封件、密封套（罩）和車體車窗密封鑲條，以及車用壓縮導(dǎo)管等密封制品。新型的San toprene HR熱塑性硫化膠無(wú)疑有效地縮小了普通熱固性EPDM和TPV之間差異的空白，同時(shí)提供和釋放出了現(xiàn)今所有TPV的優(yōu)勢(shì)和性能。

自前在國(guó)內(nèi)也有許多制造商和廠家開發(fā)出了性能優(yōu)異的熱塑性硫化膠（TPV）廣泛用于汽車行業(yè)例如東莞市炬燁塑料科技有限公司生產(chǎn)的TPV系列產(chǎn)品，易于焊接，可重復(fù)使用，耐臭氧，耐天候老化，優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度，高韌性和高回彈性，優(yōu)異的電絕緣性，可在-40～+120 ℃溫度下使用，產(chǎn)品應(yīng)用于汽車配件，汽車密封條，高壓點(diǎn)火線，防塵罩，進(jìn)氣管，通風(fēng)管，緩沖氣等。廣東弘超橡塑實(shí)業(yè)有限公司也是一家熱塑性硫化膠（TPV）制造商，其 牌號(hào)RAⅠDFLEX系列就是廣泛用于汽車密封系統(tǒng)，汽車罩蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零部件、汽車密封條，密封件，其洛氏硬度在50～65之間，拉伸強(qiáng)度48～61 MPa，拉斷伸長(zhǎng)率在670%～240%，撕裂強(qiáng)度19～23 kN/m，都達(dá)到ASTM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，還有盛嘉倫橡塑（深圳）股份有限公司、深圳塑源實(shí)業(yè)有限公司，都有TPV系列產(chǎn)品則不一一說(shuō)明，總之高性能的熱塑硫化膠（TPV）在汽車行業(yè)表現(xiàn)出輝煌的前景。