汽車用橡膠材料與涂層接觸污染測試方法的探討

李 欣，鄭巖青，彭 軍

(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665)

汽車上很多部件都需要使用橡膠材料，除輪胎外，常見的還有汽車雨刮、車框用密封條、車門密封條、密封圈、剎車墊片、汽車同步帶、防塵罩、濾清器橡膠件等很多部件。針對這些橡膠件，國家、行業(yè)和企業(yè)都制定了相關(guān)的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法。這些技術(shù)要求里包含了橡膠的常規(guī)性能，如:邵爾硬度、拉斷強(qiáng)度、扯斷伸長率、壓縮永久變形、耐老化等。但當(dāng)橡膠與涂層接觸時，在加熱、加壓和光照的條件下，與橡膠接觸的表面、與橡膠相鄰的表面或覆蓋橡膠的涂層表面上會產(chǎn)生污染;當(dāng)有水存在時，橡膠中的組分可能被水抽出，它們可引起與這種水接觸的涂層的表面污染。例如:汽車用雨刮上的雨刮條、車窗、車門用的密封條。這類橡膠件除了它本身需要滿足橡膠件常規(guī)的性能外，還需要滿足和涂層接觸時不會對涂層造成破壞(污染)，以免造成汽車涂層外觀的破壞。

目前國內(nèi)對該類試驗(yàn)方法使用最多的檢測標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 19243 －2003《硫化橡膠或熱塑性橡膠與有機(jī)材料接觸污染的試驗(yàn)方法》［1］，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO 3865:1997［2］，很多汽車主機(jī)廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用的測試方法也和該標(biāo)準(zhǔn)類似。因此我們以該標(biāo)準(zhǔn)為例，著重探討該標(biāo)準(zhǔn)的測試方法及檢測過程中需要特別注意的問題。

1 試驗(yàn)方法的介紹

GB/T 19243 －2003 中規(guī)定了三種試驗(yàn)方法，方法A:接觸污染和遷移污染;方法B:抽出污染;方法C:穿透污染。每種試驗(yàn)方法對應(yīng)不同的制板方法和試驗(yàn)要求。由于大多數(shù)汽車用橡膠材料和涂層接觸的方式多半為方法A 和方法B，因此前面兩個方法，是我們這次討論和分析的重點(diǎn)。

方法A 中需要考察的是接觸污染和遷移污染兩部分。從名稱上可以看出接觸污染是與橡膠直接接觸的涂層表面上發(fā)生的污染，而遷移污染則是與橡膠接觸的周圍的涂層表面上發(fā)生的污染。方法A 的原理是橡膠件與指定的涂層接觸，先受熱，然后再對涂層進(jìn)行熱輻射。這個試驗(yàn)條件標(biāo)準(zhǔn)中并沒有嚴(yán)格規(guī)定，可以只加熱，也可只進(jìn)行光老化，光老化的光源標(biāo)準(zhǔn)中推薦的是氙弧燈。同樣其他相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對條件也是各有不同，但主要也是加熱和光老化的組合選擇。例如TPJLR.52.551《有機(jī)或裝飾表面處理和裝飾材料干熱的變色》［3］標(biāo)準(zhǔn)中采用的組合方式為70℃熱老化24h 后，再進(jìn)行氙燈老化24h;再例如QC/T 643 －2000《車輛用密封條的污染性試驗(yàn)方法》［4］標(biāo)準(zhǔn)中采用的組合方式為80℃熱老化24h 后，再進(jìn)行氙燈老化16h。還有部分汽車廠企標(biāo)里要求使用碳弧燈作為光老化的光源，例如日產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格NES M 0501［5］采用的是80℃熱老化24h后再進(jìn)行碳弧老化16h;豐田工程標(biāo)準(zhǔn)TSM5728G中的光老化條件是參照ASTM G152 的碳弧光老化條件。因此在檢測中需要根據(jù)客戶要求或者相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

方法B 需要考察的是與含有橡膠抽出成分的液體接觸的涂層表面上發(fā)生的污染。方法B 的原理是試驗(yàn)液體介質(zhì)經(jīng)過待測橡膠件的表面，與指定的涂層接觸，如果有要求再對涂層進(jìn)行熱輻射。這里面對液體接觸橡膠件試樣有兩種方法，一種是B1勻速點(diǎn)滴法，還有一種是B2 直接浸泡法。例如TPJLR.52.552《通過提取染色的有機(jī)或裝飾性拋光和裝飾材料的變色》［6］這個標(biāo)準(zhǔn)就是和方法B1 的原理是類似的。

2 試驗(yàn)參數(shù)的控制

2.1 試樣的大小

無論選擇哪一種方法，首先需要注意的試驗(yàn)參數(shù)是橡膠件試樣的大小:GB/T 19243 －2003 方法A中規(guī)定了橡膠件需裁剪成最小尺寸為12mm ×25mm 厚度均勻的矩形試樣。方法B1(勻速點(diǎn)滴介質(zhì))中規(guī)定了橡膠件需裁剪成最小尺寸為25mm ×150mm 厚度均勻的矩形試樣，方法B2(直接浸泡)中則規(guī)定了裁剪3 片試樣，總質(zhì)量為(5 ±0.2)g。例如福特標(biāo)準(zhǔn)FLTM BN 103 －01《涂層織物和塑料薄膜耐遷移污染和粘附性》［7］測試方法中則規(guī)定了試樣的面積為50mm ×100mm;QC/T 643 －2000 中則規(guī)定了試樣為2 片100mm 長的試樣或與制品成型工藝條件相當(dāng)?shù)钠浜穸葹?mm 的2 片試樣。另外試樣在測試前需要徹底清洗干凈，必要時可使用中性清洗劑來進(jìn)行清洗。特別是類似雨刮這樣的橡膠件，一定要將表面殘留的炭黑成分清洗干凈。

2.2 涂層板的選擇

其次需要注意的試驗(yàn)參數(shù)是涂層板的選擇，例如GB/T 19243 －2003 中規(guī)定了涂層板的底材為金屬或塑料板。表面涂層如果沒有規(guī)定，一般選用白色的丙烯酸基烘干型磁漆。有一部分企標(biāo)里面會規(guī)定使用相配套的汽車漆，例如福特標(biāo)準(zhǔn)FLTM BN 103 －01 中規(guī)定為白色未壓縮無襯PVC薄膜;QC/T 643 －2000 中則規(guī)定了白色試板為一級白瓷磚150mm×150mm。

2.3 測試方法的選擇

第三需要注意的試驗(yàn)參數(shù)是測試方法的選擇，如果客戶或者標(biāo)準(zhǔn)中要求按方法A 測試，則需要注意橡膠件與涂層板接觸的負(fù)載條件。例如GB/T 19243 －2003 中規(guī)定的是(7 ±1)kPa 的壓力對橡膠件與涂層板的組合件加壓。根據(jù)裁剪橡膠件的大小可以換算出面積，最后得出負(fù)載重量。例如福特標(biāo)準(zhǔn)FLTM BN 103 －01 中則直接給出了負(fù)載重量為3.6kg;QC/T 643 －2000 中也是直接規(guī)定了加荷重物4.41N(0.45kg);TPJLR.52.551 中規(guī)定了壓力為10kN/m2。另外根據(jù)要求選擇加熱或光老化的組合方式，具體的溫度、輻照度、時間選擇按照標(biāo)準(zhǔn)中給出的條件來進(jìn)行。

如果客戶要求按B1 法測試，則需要注意試驗(yàn)介質(zhì)的種類和點(diǎn)滴的速度。GB/T 19243 －2003 中給出的試驗(yàn)介質(zhì)為蒸餾水或稀釋的乙醇;滴速為1L/24h;TPJLR.52.552 中規(guī)定了液體介質(zhì)為蒸餾水，滴速為1L/24h。我們實(shí)驗(yàn)室采用的是下口瓶加調(diào)節(jié)閥的模式，通過調(diào)節(jié)閥控制滴速。如果是采用B2 法測試，則只需要注意試驗(yàn)介質(zhì)的種類、體積和浸泡時間，將試樣直接放入液體介質(zhì)中浸泡。例如上海大眾標(biāo)準(zhǔn)VDA 675 242《汽車彈性體－結(jié)構(gòu)件用于測定彈性體有機(jī)材料退色性能的試驗(yàn)方法》［8］中的方法B 就規(guī)定了試驗(yàn)介質(zhì)為體積比1 ∶1 的酒精和去離子水混合物，在液體體積為150cm3的玻璃燒杯，室溫垂直放置超過24h。

B1 法中還需要注意的是，橡膠件和涂層板為上下搭接，搭接處放置一折疊濾紙，然后將一根棉線放置于橡膠件和涂層板上方，整個搭接試樣置于30°的斜坡表面上，試驗(yàn)介質(zhì)點(diǎn)滴在棉線上，然后順著棉線流過橡膠件和涂層板。下方有試驗(yàn)介質(zhì)收集裝置。因此我們根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的示意圖，自行搭建了滴液裝置，如圖1 所示。

圖1 B1 法滴液裝置Fig.1 Dropping liquid device for method B1

3 試驗(yàn)結(jié)果的表述

試驗(yàn)結(jié)果的表述是通過污染的程度來評定的。GB/T 19243 －2003 中規(guī)定了三種評定污染程度的方法:(1)用目測法進(jìn)行污染的定性評定;(2)用灰卡評定;(3)用反射分光光度計評定。其中方法(1)和(2)廣泛應(yīng)用于大部分的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如QC/T 643 －2000 中結(jié)果的評定就采用的是方法(1)，目測觀察試板上是否留有何種顏色的污染輪廓。

4 典型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1)按照QC/T 643 －2000 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，底材選用的是一級白瓷磚，測試條件為荷重4.41N，80℃熱老化24h 后，再進(jìn)行氙燈老化16h(黑板溫度63℃)。其結(jié)果評定為:試板上未出現(xiàn)試樣的污染輪廓。如圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)后的樣板表面Fig.2 The surface of panels after testing

(2)按照GB/T 19243 －2003 的A 法進(jìn)行測試，底材選用的是白色丙烯酸磁漆試板，測試條件為荷重7kPa，根據(jù)客戶要求，選擇90℃、120h 加熱處理(只加熱，不光照)。其結(jié)果評定為:接觸染色灰卡評級2 級。如圖3 所示。

圖3 試驗(yàn)后的樣板表面Fig.3 The surface of panels after testing

從圖3 中我們可以清晰地看到，黑色橡膠件與白色涂料板接觸的部分，出現(xiàn)了非常明顯染色現(xiàn)象，而接觸部分的四周并無染色現(xiàn)象發(fā)生。

(3)按照TPJLR.52.551(耐遷移污染)進(jìn)行測試，測試底材選用的是白色丙烯酸磁漆試板，耐遷移污染的測試條件為荷重10kN/m2，根據(jù)客戶要求，選擇70℃熱老化24h 后，再進(jìn)行氙燈老化24h。其結(jié)果評定為:接觸污染灰卡評級5 級;遷移污染灰卡評級3 級。如圖4 所示。

圖4 試驗(yàn)后的樣板表面Fig.4 The surface of panels after testing

圖4 為接觸表面的局部放大圖，從圖中我們可以看到，橡膠件與板面直接接觸的部位，無變色現(xiàn)象，因此接觸污染灰卡評級為5 級，但接觸部位的四周有明顯的黑色印記，因此遷移污染灰卡評級為3級。這與圖3 中的結(jié)果是相反的情況。

(4)按照TPJLR. 52.552(滴水染色)進(jìn)行測試，測試底材選用的是白色丙烯酸磁漆試板，液體介質(zhì)為蒸餾水，以1L/24h 的速度滴到橡膠試件上，再進(jìn)行氙燈老化8h。其結(jié)果評定為:抽出污染(滴水染色)灰卡評級5 級。如圖5 所示。

圖5 試驗(yàn)后的樣板表面Fig.5 The surface of panels after testing

5 結(jié)語

目前，越來越多的汽車用橡膠材料都需要檢測該項目，也有越來越多不同的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范該試驗(yàn)項目。因此怎樣快速準(zhǔn)確地進(jìn)行該項目測試是我們的目標(biāo)。從文中列舉的試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果評定來看，只要我們按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，選擇好合適的方法和參數(shù)，必要的時候，根據(jù)要求，將部分條件換算成常規(guī)參數(shù)，例如給出的載荷是壓強(qiáng)，我們就可以根據(jù)試樣面積，換算載荷重量。并且在目測評價或灰卡評價中，盡可能地排除人為主觀因素。

所以在我們?nèi)粘z測的過程中需要注意上述文中提及注意的問題，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，遇到平行試樣結(jié)果不統(tǒng)一的時候，需追溯整個試驗(yàn)過程，找出原因。

［1］GB/T 19243 -2003 硫化橡膠或熱塑性橡膠與有機(jī)材料接觸污染的試驗(yàn)方法［S］.

［2］ISO 3865:1997 Rubber，vulcanized or thermoplastic—Methods of test for staining in contact with organic material［S］.

［3］TPJLR.52.551 Discoloration of Organic or Decorative Finishes and Trim Materials by Dry Heat［S］.

［4］QC/T 643 -2000 車輛用密封條的污染性試驗(yàn)方法［S］.

［5］NES M 0501 Testing methods of staining for vulcanized rubber［S］.

［6］TPJLR.52.552 Discoloration of Organic and Decorative Finishes and Trim Materials by Extraction Staining［S］.

［7］FLTM BN 103 -01 RESISTANCE OF COATED FABRICS AND PLASTIC FILM TO MIGRATION STAINING AND BLOCKING［S］.

［8］VDA 675 242 汽車彈性體-結(jié)構(gòu)件用于測定彈性體有機(jī)材料退色性能的試驗(yàn)方法［S］.