汽車密封條VOC性能影響因素研究及優(yōu)化

柳延波，高丙托，呂占有，張 冰（諾博橡膠制品有限公司，河北 保定 072550）

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汽車密封條VOC性能影響因素研究及優(yōu)化

柳延波，高丙托，呂占有，張 冰
（諾博橡膠制品有限公司，河北 保定 072550）

對(duì)三元乙丙橡膠（EPDM）海綿密封條配方材料進(jìn)行分析，研究了不同種類原材料對(duì)整體配方的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的貢獻(xiàn)量，并分析了不同種類原材料中VOC揮發(fā)的原因和機(jī)理，對(duì)比了環(huán)境、停放時(shí)間、生膠種類、炭黑、增塑劑、硫化體系、膠粘劑和膠粘帶等因素對(duì)密封條產(chǎn)品VOC性能的影響，進(jìn)而選擇最優(yōu)的原材料和生產(chǎn)工藝，開發(fā)低VOC的海綿密封條產(chǎn)品，達(dá)到降低整體密封條產(chǎn)品VOC揮發(fā)量的目的，并降低整車VOC，滿足汽車行業(yè)越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求。

密封條；石蠟油；揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）

0　前　言

眾所周知，隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，汽車工業(yè)對(duì)于車內(nèi)空氣質(zhì)量的控制和要求也越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)于車內(nèi)空氣質(zhì)量，目前主要檢測(cè)的相關(guān)有毒有害氣體物質(zhì)是苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等八種有致癌性的氣體，統(tǒng)稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。

汽車密封條作為汽車的重要零部件，對(duì)整車的VOC有著較大的貢獻(xiàn)量。密封條的材質(zhì)主要是以三元乙丙橡膠（EPDM）為主的橡膠材料。本工作主要通過(guò)分解密封條的主要組成部分，研究各組分和原材料對(duì)密封條產(chǎn)品VOC的貢獻(xiàn)量，并研究環(huán)境溫度、停放時(shí)間等工藝條件的影響，進(jìn)而通過(guò)選擇環(huán)保的橡膠原材料并配合優(yōu)化的生產(chǎn)工藝，降低密封條產(chǎn)品的整體VOC，使之滿足汽車主機(jī)廠的性能要求。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1主要原材料

三元乙丙橡膠（EPDM），V8600，朗盛化學(xué)（中國(guó)）有限公司；石蠟油，P-3002、R-2291，北京艾迪爾復(fù)合材料有限公司；石蠟油，6110，道達(dá)爾石油（廣州）有限公司；炭黑，SP5000，卡博特化工（天津）有限公司；活性氧化鋅，630，臺(tái)灣陸昌化工有限公司；硫化劑，S-80，臺(tái)翔橡膠（深圳）有限公司。

1.2主要設(shè)備和儀器

3 L密煉機(jī)，東莞市利拿實(shí)業(yè)（機(jī)械）有限公司；8寸開煉機(jī)，東莞市利拿實(shí)業(yè)（機(jī)械）有限公司；XW-221型平板硫化機(jī)，廣州勛威精密檢測(cè)儀器廠；TDS-2000型電腦拉力機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；M2000FAN型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；GT-7080S2型門尼黏度試驗(yàn)機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司； 240-MS型氣相色譜儀/質(zhì)譜儀（GC/MC）及1260型高效液相色譜儀（HPLC），美國(guó)安捷倫科技有限公司。

2　汽車密封條總成VOC影響因素分析

影響EPDM汽車密封條VOC的因素有很多，主要有橡膠材料本身的揮發(fā)量、表面涂料的種類、粘貼的雙面膠粘帶的類型、涂覆的膠粘劑、硫化工藝、產(chǎn)品停放時(shí)間、環(huán)境溫度等等。

2.1涂料

目前的密封條表面主要噴涂?jī)煞N材質(zhì)的涂料來(lái)提高耐磨性并降低表面光澤度，一種是聚氨酯涂層，主要起耐磨作用；另一種是有機(jī)硅涂層，主要降低表面光澤度和摩擦系數(shù)［1］。涂料中一般會(huì)使用到溶劑。以前的涂料一般使用成本較低的甲苯、二甲苯等有機(jī)物作為溶劑，但會(huì)造成噴涂后密封條表面有殘留，時(shí)間長(zhǎng)后會(huì)揮發(fā)出來(lái)，造成密封條產(chǎn)品的VOC揮發(fā)值超標(biāo)。現(xiàn)在新型涂料一般為水基型涂料，VOC含量相對(duì)較低，對(duì)密封條整體的影響基本較小。

2.2膠粘劑或膠粘帶

汽車密封條上一般會(huì)貼覆一些雙面膠粘帶或者泡棉，以便進(jìn)行裝配和密封。貼覆膠粘帶和泡棉時(shí)需要使用到底涂或膠水來(lái)提高與密封條本體的粘接力。但是現(xiàn)有的膠水和底涂液一般為溶劑型溶液，本身含有大量的揮發(fā)性有機(jī)物，因此易造成密封條總成的VOC揮發(fā)量較大。一般應(yīng)從產(chǎn)品裝配方式和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改善，以降低膠粘帶和密封泡棉的使用量。

2.3硫化工藝

由于密封條的VOC測(cè)試是在高溫下進(jìn)行的，因此在密封條硫化過(guò)程中提高微波熱風(fēng)硫化爐的溫度也能減少密封條產(chǎn)品中VOC的殘留量。通常的方法是提高產(chǎn)品的硫化溫度或者延長(zhǎng)熱風(fēng)硫化線體的長(zhǎng)度，使密封條中低分子物質(zhì)盡可能揮發(fā)，減少殘留，降低密封條總成VOC的揮發(fā)量。

2.4停放時(shí)間

由于停放過(guò)程中，密封條中的有機(jī)物會(huì)慢慢揮發(fā)，因此隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，密封條中殘留的VOC應(yīng)該越來(lái)越少。經(jīng)過(guò)研究，密封條停放15 d后相比第1天時(shí)，其VOC揮發(fā)量可降低70%以上，這對(duì)于苯類物質(zhì)尤其明顯。

2.5環(huán)境溫度

VOC主要以苯類物質(zhì)和醛類物質(zhì)為主。醛類物質(zhì)的揮發(fā)溫度較低，苯類物質(zhì)則相對(duì)較高。一般隨著溫度的升高，有機(jī)物的揮發(fā)速度也會(huì)加快。經(jīng)研究比對(duì)，相比20 ℃條件下存放一周，40 ℃條件下存放一周后密封條的VOC揮發(fā)量能夠降低80%以上，這一數(shù)字比0 ℃條件下存放一周則更是降低了95%以上。環(huán)境溫度主要對(duì)苯類物質(zhì)影響較大，而對(duì)于醛類物質(zhì)影響較小。這主要是因?yàn)槿╊愇镔|(zhì)的沸點(diǎn)一般在0 ℃以下，溫度對(duì)于其揮發(fā)速度的影響較小。

3　對(duì)密封條橡膠本體材料VOC影響的研究

除上述因素對(duì)密封條VOC的影響外，密封條主體橡膠材料對(duì)密封條總成的影響也比較大，主要與配方中使用的原材料種類和品質(zhì)關(guān)系比較大。

EPDM橡膠密封條配方中主要的原材料種類是EPDM生膠、活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、填充劑、促進(jìn)劑、硫化劑［2］。經(jīng)過(guò)對(duì)原材料種類和制備工藝的分析，可能影響配方VOC揮發(fā)量的主要成分應(yīng)該是增塑劑。密封條配方中的增塑劑一般使用石蠟油。石蠟油主要是從石油中分餾制得的，而石油中會(huì)含有大量的低分子揮發(fā)物和其他有機(jī)物，因此從理論上推導(dǎo)，石蠟油的品質(zhì)對(duì)于密封條橡膠材料的影響應(yīng)該最大，因此應(yīng)對(duì)石蠟油的影響做重點(diǎn)研究。

3.1樣品制備

經(jīng)過(guò)核算，單個(gè)密封條中石蠟油的用量一般在500 g左右，因此本次試驗(yàn)樣品容量設(shè)定為500 g。石蠟油是液體，無(wú)法使用氣相/液相質(zhì)譜儀進(jìn)行試驗(yàn)，需將石蠟油與其他載體進(jìn)行混合：

第一步，分別選用三個(gè)廠家的石蠟油各500 g作為測(cè)試樣品；

第二步，選用無(wú)機(jī)物輕質(zhì)碳酸鈣作為載體與石蠟油混合，制成膏狀待測(cè)樣品；

第三步，使用鋁箔紙將測(cè)試樣品進(jìn)行保存存儲(chǔ)，防止外部環(huán)境污染。

3.2性能測(cè)試

采用袋子法對(duì)樣品進(jìn)行VOC揮發(fā)量測(cè)定，樣袋尺寸為50 L。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：按照長(zhǎng)城汽車公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CC SY248—2011方法，使用氣相色譜儀/質(zhì)譜儀（GC/MC）對(duì)樣品的苯類揮發(fā)物進(jìn)行測(cè)定；使用高效液相色譜儀（HPLC）對(duì)樣品的醛類揮發(fā)物進(jìn)行測(cè)定。

VOC測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　樣品的VOC測(cè)試數(shù)據(jù)表

圖1　樣品的VOC測(cè)試對(duì)比圖

由表1數(shù)據(jù)可以看出，不同廠家和不同品質(zhì)石蠟油的VOC揮發(fā)量差異很大，其中以P-3002中甲苯含量最高，R-2291次之，6110最小。其中甲苯揮發(fā)量更是差別100倍以上。

三種石蠟油樣品的性能數(shù)據(jù)見表2。

表2　石蠟油樣品性能參數(shù)對(duì)比表

石蠟油的運(yùn)動(dòng)黏度越高，證明其鏈狀烷烴的分子鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)；閃點(diǎn)越高，則其油品越重，說(shuō)明油品中低分子物質(zhì)含量越低［3］。Ca表示分子結(jié)構(gòu)中芳香烴組分的含量。Ca含量越高，則其分子中芳香烴含量越高。對(duì)比表1和表2可得，石蠟油閃點(diǎn)越高、芳香烴含量越低，則其VOC揮發(fā)量越低。這是因?yàn)殚W點(diǎn)高的，其低分子易揮發(fā)物質(zhì)含量越低。芳香烴含量越低，則相應(yīng)苯類物質(zhì)的揮發(fā)量越小。

4　汽車密封條橡膠VOC性能優(yōu)化

根據(jù)上述結(jié)果對(duì)汽車密封條海綿橡膠配方進(jìn)行優(yōu)化。

4.1配方方案

基本配方（單位：份）：EPDM V8600 100.0，炭黑SP5000 80.0，輕質(zhì)碳酸鈣 40.0，石蠟油（變品種 P-3002/6110）65.0，活性劑氧化鋅6.0，發(fā)泡劑二苯磺酰肼醚（OBSH）3.0，硫化促進(jìn)劑 6.0，硫磺 1.2。

對(duì)比表3發(fā)現(xiàn)，更換新石蠟油（6110）后，膠料的硫化特性和硫化膠性能相比更改前并無(wú)明顯變化，都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。而對(duì)比表4發(fā)現(xiàn)，更換新型石蠟油后每套密封條總成的VOC性能下降明顯，特別是苯類物質(zhì)下降幅度驚人，充分說(shuō)明石蠟油品質(zhì)對(duì)密封條產(chǎn)品VOC性能的影響較大。

表3　配方改進(jìn)前后膠料性能

表4　改進(jìn)前后密封條總成VOC測(cè)試數(shù)據(jù)

5　結(jié)　論

（1）影響汽車密封條VOC揮發(fā)量的因素除涂料種類、膠粘劑及膠粘帶種類、硫化工藝、停放時(shí)間、環(huán)境溫度外，橡膠本體材料對(duì)密封條總成的貢獻(xiàn)量也很大，而影響橡膠本體材料VOC的主要原材料是增塑劑石蠟油。

（2）石蠟油的閃點(diǎn)越高，其芳香烴含量越低，則其VOC揮發(fā)值越小。相應(yīng)地，使用此石蠟油的膠料制備的密封條總成，其VOC揮發(fā)量也越低。因此，降低EPDM橡膠密封條VOC揮發(fā)量的有效方法是采用更環(huán)保的無(wú)色石蠟油。

Keуwords: Weather strip； Raw Materials； Paraf fi n Oil

［1］蔡建華，劉偉華.汽車密封條在線噴涂技術(shù)［J］.橡膠工業(yè)，2006，53（2）：95-98.

［3］楊清芝.實(shí)用橡膠工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：156-159

［2］唐斌，李曉強(qiáng)，王進(jìn)文.乙丙橡膠應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：90-129.

［責(zé)任編輯：朱 胤］

Impact Factors and Optimization for the VOC Performance ofWeatherstrips in Automotives

Liu Yanbo，Gao Bingtuo，Lü Zhanyou，Zhang Bing
（ Nuobo Rubber Production Co.，Ltd.，Baoding 072550，China）

The EPDM sponge rubber weatherstrips were studied.The contribution of the different kinds of raw materials to the VOC performance and the mechanism of the VOC emissions were analyzed.The environment conditioning time，raw rubber，carbon black，plasticizer，curing system，adhesives and tapes，and other factors affected the VOC performance.Optimum raw material and production process were developed to meet the requirements of low VOC emission weatherstrips.

TQ 336.4+2

A

1671-8232（2016）04-0009-04

柳延波（1989—），男，本科，助理工程師，主要從事高分子材料的開發(fā)工作。

2016-01-12