三元乙丙橡膠汽車門框密封條析出物分析與膠料配方優(yōu)化

郝偉剛，姚 松，李春雷，趙文婧，張寶正

（1.諾博橡膠制品有限公司，河北 保定 072550；2.長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000；3.河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

汽車密封條是一種特殊的密封制品，其利用高彈性與車身為主的耦合體組合，以實現(xiàn)介質(zhì)密封（如防水、防塵、擋風）和環(huán)境隔離（如減振、降噪、保溫、隔熱）。不同汽車密封條裝配于車身不同部位，以獨立元件形式發(fā)揮作用，性能各異[1]。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車飾件的功能提出了更高的要求。汽車密封條不僅應具有密封性，還應具有裝飾作用，達到美觀要求（如植絨和噴涂）[2]。經(jīng)噴涂的汽車密封條表面應光滑、均勻、潔凈且無色差，不能出現(xiàn)氣泡、起皮、堆積、斑點以及影響密封性的傷痕等質(zhì)量缺陷[3]。

我公司制備的一款與中檔運動型多用途汽車配套的三元乙丙橡膠（EPDM）汽車門框密封條（表面噴涂亞光黑色噴涂材料），在冬季存儲超過10 d 后，密封條表面析出大量白色蠟狀物質(zhì)。密封條剛生產(chǎn)時未發(fā)生該現(xiàn)象，但隨著存儲時間延長，析出物逐漸增多，嚴重影響產(chǎn)品的外觀和質(zhì)量。

本工作分析EPDM 汽車門框密封條表面析出物產(chǎn)生的原因，探討密封條膠料配方改進方案，為解決此類問題提供借鑒經(jīng)驗。

1 實驗

1.1 原材料

三元乙丙橡膠（EPDM），牌號S552，韓國SK綜合化學公司產(chǎn)品；活性氧化鋅，牌號630，臺灣陸昌化工有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，牌號SA-1801，嘉里油脂化學工業(yè)（天津）有限公司產(chǎn)品；加工助劑L-24，昆山亞特曼化工有限公司產(chǎn)品；聚乙二醇（PEG-4000），天津鵬升精細化工有限公司產(chǎn)品；石蠟油，牌號P-3002，北京艾迪爾復合材料有限公司產(chǎn)品；硫化劑S-80，臺翔橡膠（深圳）有限公司產(chǎn)品；吸濕劑GR，德國Kettlitz-Chemie 公司產(chǎn)品；噴涂材料WT-91-023，斯塔爾（蘇州）精細化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設備與儀器

160 L 密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產(chǎn)品；22 英寸（558.8 mm）和24 英寸（609.6 mm）開煉機，威福興機械（上海）有限公司產(chǎn)品；YS-75-150D 型密煉機、YS-MR-18 型和YSMR-22 型開煉機，宜興陽昇機械有限公司產(chǎn)品；Φ90/Φ75 擠出機，北京天朗橡塑設備有限公司產(chǎn)品；TENSOR 27 型紅外光譜儀，德國布魯克光譜儀器公司產(chǎn)品。

1.3 膠料配方

經(jīng)測試，確定密封條析出物的熔點在50～55 ℃之間。加熱密封條至60 ℃以上時，析出物消失。密封條膠料中加工助劑L-24 的熔點為49～55 ℃，PEG-4000 的熔點為50～60 ℃，與析出物熔點接近。同時進一步分析，EPDM 為非極性橡膠，其與配合劑和極性橡膠的相容性較差，加工性能不佳，因此在EPDM 膠料中常添加加工助劑。加工助劑L-24主要起潤滑作用，與EPDM 不相容，其通過遷移到膠料表面產(chǎn)生潤滑效果，以改善膠料的擠出和注射成型性能[4]。因此，本研究考察加工助劑L-24 和PEG-4000對密封條析出物的影響。膠料配方見表1，1#配方為生產(chǎn)配方，添加加工助劑L-24 和PEG-4000，2#配方未添加加工助劑L-24，3#配方未添加PEG-4000。

表1 膠料配方 份

1.4 制備工藝

膠料混煉分4 段進行。

一段混煉在160 L 密煉機中進行混煉，密煉室初始溫度80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40 r·min－1。混煉工藝為：生膠、氧化鋅、硬脂酸、加工助劑L-24、PEG-40002/3 填料與61 份石蠟油，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至30剩余1/3填料和30份石蠟油→排氣（120℃）→排膠（150 ℃）。

二段混煉在558.8 mm 與609.6 mm 開煉機上進行?；鞜捁に嚍椋阂欢位鞜捘z→在609.6 mm 開煉機上薄通在558.8 mm 開煉機上混煉均勻→下片→停放待用。

三段混煉在YS-75-150D 型密煉機中進行，密煉室初始溫度50 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速32 r·min－1?；鞜捁に嚍椋?/2 二段混煉膠硫化劑和促進劑→剩余1/2 二段混煉膠排氣→排膠（80 ℃）。

四段混煉在YS-MR-18 型與YS-MR-22 型開煉機上進行?；鞜捁に嚍椋喝位鞜捘z在YSMR-22 型開煉機上混煉下片→在YS-MR-18型開煉機上混煉均勻→停放4 h。

混煉膠在Φ90/Φ75 型擠出機中擠出，再進行微波硫化、熱風硫化、水冷、等離子處理、噴涂、固化、冷卻、打碼、打孔、收容，制成密封條。

1.5 性能測試

紅外光譜測試按照JY/T 001—1996 進行，膠料物理性能測試按照相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

在8 ℃下停放15 d 后，1#配方和3#配方膠料表面析出白色蠟狀物質(zhì)，2#配方膠料表面無析出物。對加工助劑L-24、PEG-4000、噴涂材料以及1#配方和3#配方膠料的析出物這5 種試樣進行紅外光譜測試。5 種試樣的紅外光譜如圖1～5 所示。

從圖1～5 可以看出：1#配方與3#配方膠料析出物的光譜吸收峰基本吻合，可以推斷2 種析出物的組分基本一致；析出物與加工助劑L-24 光譜 在波 數(shù)2916 cm－1，2848 cm－1和1463 cm－1附近出現(xiàn)—CH2吸收峰，在波數(shù)719 cm－1附近出現(xiàn)吸收峰；析出物與噴涂材料光譜在波數(shù)1261 cm－1和2962 cm－1附近出現(xiàn)—CH3吸收峰，在波數(shù)1092 cm－1和1018 cm－1附近出現(xiàn)S—O—Si吸收峰，在波數(shù)799 cm－1附近出現(xiàn)Si—C 吸收峰；析出物與PEG-4000 光譜的吸收峰差別較大。

圖1 加工助劑L-24 的紅外光譜

因析出物取樣時采用壁紙刀片刮密封條表面，試樣會攜帶部分噴涂材料。通過紅外光譜分析，可以推斷析出物組分為加工助劑L-24 與少量噴涂材料的混合物，不含PEG-4000。

圖2 聚乙二醇PEG-4000 的紅外光譜

圖3 噴涂材料的紅外光譜

圖4 1#配方膠料析出物的紅外光譜

圖5 3#配方膠料析出物的紅外光譜

2.2 配方改進

根據(jù)上述結果，本工作對密封條膠料配方進行了改進，將1#配方的加工助劑L-24 用量由4 份減至2 份。配方改進前后膠料性能見表2。

從表2 可以看出：與改進前配方膠料相比，改進后配方膠料硫化特性相當，物理性能和耐熱老化性能變化不大，均滿足企業(yè)標準要求；改進后配方膠料在室溫下停放30 d 后表面無任何析出物。經(jīng)多次試生產(chǎn)，改進后配方膠料制備的密封條在停放和使用中均未出現(xiàn)析出物。

表2 配方改進前后膠料性能

3 結語

對于使用加工助劑L-24 的EPDM 汽車門框密封條的膠料，在滿足混煉工藝要求的情況下，建議加工助劑L-24 的用量不超過2 份，或與潤滑劑并用，以避免單一加工助劑過量而導致析出。