УФ-стабилизированный термопластичный эластомер для автомобильного рынка: практическое руководство

Парковка в июле — одно из самых сложных испытаний в автомобильной промышленности. Температура поверхности темной приборной панели значительно превышает температуру окружающей среды, а ультрафиолетовое излучение продолжает воздействовать на каждую полимерную цепочку, до которой может добраться. Детали, которые в начале производства выглядели безупречно, за несколько лет могут стать меловыми, липкими или заметно посветлеть. Вот почему термопластичный эластомер, стабилизированный УФ-излучением, превратился из желательной строчки в технических характеристиках в фиксированное требование в большинстве спецификаций автомобильных материалов.

Термопластичные эластомеры заслужили свое место в транспортных средствах, потому что они сочетают в себе ощущение резины с обработкой термопластов: отсутствие стадии вулканизации, короткое время цикла и отходы, которые часто можно перешлифовать. Но не все TPE стареют одинаково на открытом воздухе. Разница обычно сводится к двум вещам: насыщенности основной цепи полимера и качеству стабилизационного пакета, построенного вокруг нее. Понимание того и другого делает выбор оценок гораздо более предсказуемым.

Почему УФ-стабильность теперь является критерием покупки

Раньше выветривание было чужой проблемой. Внешняя отделка была металлической или плотно наполненной пластиком, внутренняя отделка была покрыта ПВХ-кожей, и никто не ожидал, что печать останется красивой в течение пятнадцати лет. Сегодня ТПЭ появляется в местах, куда одновременно проникают солнечный свет, тепло и механическое воздействие:

• Внешние уплотнительные профили, стеклянные желоба, поясная отделка и водоотражатели
• Расширители колесных арок, накладки на багажники на крыше, брызговики и прокладки зарядных отверстий на электромобилях.
• Накладки на приборную панель, накладки на дверные полотна, крышки консолей и мягкие на ощупь ручки внутри салона.
• Чехлы подушек безопасности с формованными разрывными швами, где старение меняет поведение разрыва.

Три тенденции подтолкнули требования к повышению. Секции стенок стали тоньше для экономии веса, в результате чего остается меньше материала для поглощения заданной дозы ультрафиолета. Цвета сместились в сторону глубокого черного и насыщенных тонов, которые скрывают грязь, но при этом становятся более горячими. А гарантийные сроки увеличились, поэтому теперь о детали судят по тому, как она будет выглядеть через десять лет, а не по тому, как она будет выглядеть через третий месяц.

Что на самом деле включает в себя УФ-стабилизация

Устойчивый к атмосферным воздействиям ТПЭ – это не результат одной чудо-добавки. Это система, в которой действуют одновременно три линии защиты.

1. Основополагающая химия. Насыщенный средний блок имеет гораздо меньше реакционноспособных участков, чем ненасыщенный, поэтому цепь сопротивляется окислению до того, как будет рассмотрена какая-либо добавка.
2. Пакет стабилизатора. Первичные и вторичные антиоксиданты защищают расплав и продлевают срок службы, светостабилизаторы на основе затрудненных аминов прерывают цикл фотоокисления, а поглотители УФ-излучения экранируют высокоэнергетическое излучение до того, как оно достигнет чувствительных связей.
3. Поверхность и пигмент. Углеродная сажа и правильно подобранные пигментные системы защищают основную массу полимера, а матовая поверхность или поверхность с покрытием изменяют видимость разрушения.

Поскольку ТПЭ представляет собой сложный материал, а не одну смолу, один и тот же базовый полимер может вести себя совершенно по-разному в двух составах. Это практическая причина обсудить воздействие на конечное использование с поставщиком материала, а не сравнивать только таблицы данных.

Магистраль прежде всего: почему гидрогенизированные мидблоки стареют медленнее

Блок-сополимеры стирола и бутадиена содержат полибутадиеновый средний блок с остаточными двойными связями. Эти аллильные позиции находятся именно там, где кислород и УФ-энергия предпочитают атаковать, вызывая смесь сшивки и разрыва цепи. Видимым результатом обычно является меление, дрейф цвета и растрескивание поверхности, которые появляются в момент сгибания детали.

Гидрирование удаляет большую часть этих двойных связей и превращает средний блок в сегмент насыщенного каучука. Гидрогенизированный блок-сополимер стирола и бутадиена (СЭБС) и гидрогенизированный сополимер стирола и изопрена (СЭПС) сохраняют термопластическую двухфазную структуру, предоставляя разработчикам рецептур гораздо более тихий полимер для работы. Полимер гидрированного изопрена (ЭП) идет дальше в другом направлении, поскольку он не содержит полистирольных блоков и ведет себя как насыщенный модификатор, а не как отдельный термопластичный эластомер. Химический состав, лежащий в основе этих различий, и то, как он влияет на стойкость к окислению, более подробно рассматривается в нашей заметке о как блок-сополимеры реагируют на воздействие ультрафиолета и ухудшение состояния окружающей среды .

Гидрогенизированный блок-сополимер стирола и бутадиена (SEBS) серии H Ознакомьтесь с марками SEBS серии H от ZHOPOLY для гидрогенизированных термопластичных эластомеров СБС, используемых при модификации пластмасс, обуви, ТПЭ, пленках и медицинских изделиях. Просмотреть продукт →

Сравнение основных вариантов автомобильного уровня

Таблица ниже является отправной точкой для разговора, а не спецификацией. Твердость, содержание масла и загрузка стабилизатора значительно смещают границы.

Ненасыщенные сорта по-прежнему вполне пригодны там, где никогда не бывает солнечного света. Подкрылок колесных арок или коврик в багажник, расположенный под обшивкой, не требует самой дорогой системы стабилизатора из каталога. В этих случаях соединение на основе SBS может быть экономичным выбором, при условии, что спецификация не требует длительного теплового старения.

Блок-сополимер стирола и бутадиена серии Zhongli SBS Ознакомьтесь с марками Zhongli SBS для ненасыщенных стирольных эластомеров при модификации асфальта и полимеров, клеев, обуви и герметиков, где требования к УФ-излучению и тепловому старению ниже. Просмотреть продукт →

Многие автомобильные ТПЭ вообще не представляют собой чистый эластомер. Это смеси, в которых гидрогенизированный блок-сополимер диспергирован в полипропиленовой или ТПО-матрице, поэтому производители компаундов часто работают с нами над пластическая модификация и ударная вязкость а не только на эластомерных деталях.

Сложные детали, которые решают, переживет ли деталь десять лет лета

Выбор стабилизатора – это не игра с числами

Добавление большего количества светостабилизатора на основе затрудненных аминов не означает автоматического улучшения. Марки HALS различаются по основности, а высокоосновные типы могут плохо взаимодействовать с кислотными остатками, галогенированными антипиренами или некоторыми обработками пигментами. Поглотители УФ-излучения из семейства бензотриазолов хорошо работают на тонких срезах и светлых цветах, в то время как черные детали, наполненные углеродной сажей, часто в большей степени зависят от HALS плюс основного антиоксиданта. Тиосинергисты улучшают долговременное тепловое старение, но могут работать против светостабильности, поэтому баланс необходимо настраивать в соответствии с фактическим профилем воздействия.

Цвет меняет все

Светло-бежевая отделка стоек и черный поясной уплотнитель обращены к одному и тому же солнцу, но деградируют по-разному. Бледные детали желтеют почти сразу, поэтому экранирующие поглотители имеют большее значение, тогда как толстые черные детали зависят от стабильности поверхности и сохранения блеска. Металлические пигменты и пигменты с эффектами иногда содержат каталитические остатки, которые ускоряют окисление, что является одной из причин, по которой изготовителю рецептуры следует сообщать о марке пигмента.

Миграция, запотевание и воздух в салоне

Технические характеристики салона автомобиля все больше ограничивают летучие и конденсируемые выбросы. Добавки, которые достаточно подвижны, чтобы высыхать на поверхности, могут способствовать кратковременному скольжению или высвобождению, но могут ухудшить результаты запотевания и оставить мутную пленку на стекле. Согласование стойкости добавок с термической историей детали является частью проектной работы, а не второстепенной задачей.

Применение под капотом и герметизация: другой профиль напряжений

Не каждая проблема, связанная с атмосферными воздействиями в автомобиле, связана с солнечным светом. Под капотом доминирующими факторами стресса являются тепло, кислород, масло, охлаждающая жидкость и озон, часто в циклическом сочетании. Прямое УФ-излучение ограничено, но термическое окисление протекает быстрее и проявляется в виде затвердевания, деформации при сжатии или растрескивания на зажатой кромке. Полностью насыщенные полимеры, такие как EP, привлекательны здесь, поскольку они выдерживают длительное повышение температуры без остаточной ненасыщенности, которая в противном случае стала бы самым слабым звеном.

Гидрированный изопреновый полимер EP ZL-D700 Обзор ZL-D700, насыщенного звездчатого EP-полимера для улучшения индекса вязкости смазочных материалов, модификации полиолефинов, клеев и герметиков, где важна стойкость к нагреву и окислению. Просмотреть продукт →

Как промышленность тестирует погодные условия

Ускоренное выветривание имеет смысл только в том случае, если цикл испытаний соответствует условиям применения. Наружные циклы более жаркие и влажные, чем внутренние, а внутренние циклы часто включают в себя стеклянный фильтр, имитирующий остекление кабины. Общие ссылки, которые вы увидите в спецификации, включают:

• Воздействие ксеноновой дуги согласно ISO 4892-2 и ASTM G155 с распылением воды или без него.
• Люминесцентные УФ-лампы ASTM G154 и ISO 4892-3 с лампами UVA-340
• Автомобильные внешние циклы SAE J2527 и J1960
• Циклы, специфичные для поставщика, написанные отдельными производителями автомобилей

Затем результаты оцениваются по измеримым критериям: сдвиг цвета, выраженный как Дельта E, оценка по шкале серого, сохранение блеска, а также сохранение прочности на разрыв и удлинения. Типичная цель может требовать сохранения удлинения не менее восьмидесяти процентов со сдвигом цвета менее трех единиц, но цифры сильно различаются между OEM-производителями, а также между внутренними и внешними зонами. Липкость поверхности, растрескивание при изгибе и потеря адгезии в отформованных деталях также проверяются визуально, поскольку они часто появляются до изменения объемных свойств.

Привычки обработки, защищающие пакет стабилизатора

Хорошо составленное соединение все равно может потерпеть неудачу, если процесс накажет его. Практические моменты, имеющие значение в производстве:

1. Высушите гигроскопичные наполнители и маточные смеси и храните эластомер в герметичной упаковке.
2. Используйте шнеки с умеренной сдвиговой нагрузкой и избегайте длительного пребывания при высокой температуре плавления.
3. Равномерно диспергируйте маточные смеси стабилизаторов; нерасплавленные агломераты становятся локальными слабыми местами.
4. Следите за соотношением измельчения, так как повторяющаяся термическая обработка снижает антиоксидантную способность.
5. Контролируйте зону склеивания в двухэтапных или совместно экструдированных деталях, где может начаться межфазное разрушение.

Выбор партнера на долгосрочную перспективу

Устойчивость к атмосферным воздействиям является свойством системы, поэтому стоит задаться вопросом, как поставщик на самом деле контролирует переменные. С нашей стороны это означает возможность гидрирования в семействах SBS, SEBS, SEPS и EP, управление производством через распределенную систему управления и восемь этапов контроля от приема сырья до готовой продукции. Наша постдокторская рабочая станция и команда исследований и разработок тратят большую часть своего времени на проектирование и функционализацию блочной структуры с помощью реактивной экструзии, а это именно тот набор инструментов, который необходим, когда клиент просит более мягкий сорт с такой же долговечностью на открытом воздухе.

Большинству автомобильных проектов также нужен поставщик, который понимает, что спецификация — это разговор, а не список пожеланий. Отправка нам цикла выдержки, толщины стенки, цвета и метода соединения обычно дает более полезный ответ, чем отправка только показателя твердости.

Практические выводы

• Начните с насыщенной основы, затем спроектируйте пакет стабилизаторов вокруг фактической зоны воздействия.
• Рассматривайте пигмент, толщину среза и качество поверхности как часть УФ-раствора, а не как украшение.
• Сопоставьте ускоренное испытание с реальной средой; внутренние и внешние циклы не взаимозаменяемы.
• Защищайте состав во время обработки, поскольку термическая история незаметно уничтожает защиту, за которую вы заплатили.
• Сохраняйте ненасыщенные сорта для защищенных деталей и используйте их там, где экономичность важнее солнечного света.

В этом нет ничего сложного, но это вознаграждает за раннее планирование. Когда химический состав полимера, система присадок и технологическое окно выбраны вместе, термопластичный эластомер, стабилизированный УФ-излучением, может оставаться гибким и презентабельным в течение всего срока службы автомобиля, а не в течение срока действия гарантийной претензии.