某乘用車密封件發(fā)白研究

韋嘉祺 王敏 嚴(yán)士森

關(guān)鍵詞：汽車;密封件;發(fā)白

0 前言

密封條是現(xiàn)代汽車的必不可少的一部分， 具有減振、防水、防塵、隔音和裝飾等功能，其原料一般采用PVC、EPDM 和TPE等材料。表面發(fā)白現(xiàn)象常會(huì)發(fā)生在橡膠制品或半成品中，該現(xiàn)象與行業(yè)內(nèi)所說(shuō)的噴霜類似，是指橡膠原材料中的部分有機(jī)小分子化合物，在橡膠表面析出， 形成一層發(fā)白的析出物，附著在橡膠表面的現(xiàn)象。硫化制品表面的噴霜除了會(huì)影響產(chǎn)品的外觀，而且還會(huì)影響橡膠耐久性能等[1]。

本文從實(shí)際發(fā)生的問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)市場(chǎng)上車輛出現(xiàn)的密封件表面發(fā)白現(xiàn)象，對(duì)其現(xiàn)狀和調(diào)查進(jìn)展進(jìn)行介紹，為行業(yè)內(nèi)解決該類問(wèn)題提供借鑒。

1 汽車橡膠密封條發(fā)白現(xiàn)象

1.1 問(wèn)題背景

某密封條供應(yīng)商為某車企生產(chǎn)了一批整車橡膠密封條。密封條在整車上安裝完成后在室外靜置停放4 個(gè)月，被發(fā)現(xiàn)門框密封條的唇邊位置滾花面處出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象（圖1）。發(fā)白集中在U 型骨架頂部位置，但接角區(qū)域未出現(xiàn)，現(xiàn)需對(duì)發(fā)白原因進(jìn)行研究。

1.2 問(wèn)題分析

1.2.1 發(fā)白位置差異性分析

對(duì)比密封條接角區(qū)域與其他位置骨架頂部出現(xiàn)發(fā)白進(jìn)行差異分析。不良件無(wú)發(fā)白范圍及位置與密封條在接角模具接觸位置基本一致，密封條接頭附近左右100 mm 與模具接觸并伴隨著100℃高溫（圖2），高溫加熱有利于密封條進(jìn)一步硫化，因此需確認(rèn)發(fā)白位置密封條硫化程度。膠料中的游離硫含量可以采用電解銅試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)，當(dāng)硫化反應(yīng)不充分時(shí)，膠料中的游離的硫離子與銅板發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致銅板接觸部位發(fā)黑。測(cè)試方法：施加一定的壓力使膠條截面與銅板緊密貼合，放置在150℃烘箱中烘烤1 h，對(duì)照電解銅實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級(jí)判斷，要求為1-3 級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論，無(wú)發(fā)白區(qū)域硫化程度正常，1 級(jí);發(fā)白區(qū)域電解銅等級(jí)為4 級(jí)，確認(rèn)為硫化不充分（圖3）。

1.2.2 涂層影響因素分析

由于發(fā)白位置接近密封條泡管，泡管在擠出過(guò)程中需要噴涂，同步確認(rèn)是否為泡管涂料噴涂過(guò)程中飛濺到滾花面上導(dǎo)致發(fā)白，因此展開(kāi)以下假設(shè)驗(yàn)證。

假設(shè)1 ：涂料單品問(wèn)題，放置一段時(shí)間后在密封條滾花表面形成發(fā)白。

假設(shè)2 ：密封條與涂層內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)相互作用，密封條滾花表面形成發(fā)白。

假設(shè)3 ：密封條單品噴霜，表面無(wú)涂層，也會(huì)發(fā)白。試驗(yàn)方法：采用大眾標(biāo)準(zhǔn)檢查水解結(jié)果，90℃ ×22 h 在水中存放后，靜置待表面晾干后確認(rèn)是否發(fā)白。此測(cè)試可用于密封條老化后材料析出快速檢測(cè)，可以檢證材料溶解度在環(huán)境變化下導(dǎo)致的變化和材料析出，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

綜上結(jié)論：電解銅4 級(jí)的密封條在水解試驗(yàn)后會(huì)析出內(nèi)部物質(zhì)出現(xiàn)發(fā)白。

1.3 發(fā)白原因分析

1.3.1 發(fā)白物質(zhì)分析

通過(guò)光譜分析密封件上析出的發(fā)白物質(zhì)，由于不同物質(zhì)所反射的光譜都是獨(dú)特的，因此可用來(lái)鑒別發(fā)白物質(zhì)的化學(xué)組成和相對(duì)含量。選取有發(fā)白物質(zhì)的密封條（A2200350782101001）與無(wú)發(fā)白物質(zhì)的密封條（A2200350782101002）表面物質(zhì)進(jìn)行分析，見(jiàn)表2。分析結(jié)論：樣品A2200350782101002 的主成分為聚硅氧烷和脂肪酸酯，樣品A2200350782101001 的主成分為聚硅氧烷和脂肪酸酯，并含硫（S）、鋅（Zn）等物質(zhì)。

2 析出發(fā)白物質(zhì)富含S 和Zn 元素

2.1 故障密封條分析

從密封條本身進(jìn)行析出物發(fā)白分析，有3 個(gè)可疑風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：①配方設(shè)計(jì)不當(dāng);②原材料質(zhì)量波動(dòng);③產(chǎn)品硫化不充分。根據(jù)這3 個(gè)可疑風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分別進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1.1 配方設(shè)計(jì)不當(dāng)

配方設(shè)計(jì)不當(dāng)是指配合劑在橡膠中的用量超過(guò)其額定的最大使用量，使其達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)析出，從而在橡膠表面形成噴霜[2]，表現(xiàn)為發(fā)白。目前發(fā)白問(wèn)題僅出現(xiàn)在該批次產(chǎn)品，其他批次未發(fā)現(xiàn)不良，初步排除配方設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2 原材料質(zhì)量波動(dòng)

門尼粘度值ML 和正硫化時(shí)間TC90 是膠料來(lái)料檢驗(yàn)的重點(diǎn)管控參數(shù)之一。門尼粘度值是衡量生膠、未硫化橡膠流動(dòng)性能大小的指標(biāo)，一般以實(shí)驗(yàn)溫度100℃下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)4 min 后的門尼粘度值表示。而正硫化時(shí)間TC90 的選取，決定了膠料硫化性能的好壞。該牌號(hào)膠料的門尼粘度值ML 標(biāo)準(zhǔn)范圍為1.30 ～ 1.60（dN-m），正硫化時(shí)間TC90標(biāo)準(zhǔn)范圍為1：40 ～ 3：00（m：s），確認(rèn)不良件同批次膠料測(cè)試結(jié)果符合要求（表3）。

2.1.3 產(chǎn)品硫化不充分

橡膠中配合劑的溶解度與橡膠硫化程度的高低有較大的相關(guān)性。如要配合劑溶解度最大，則一般需要橡膠制品達(dá)到正硫化時(shí)。而硫化工序重點(diǎn)管控的三要素分別是硫化溫度、硫化時(shí)間和硫化壓力，其中硫化壓力與硫化速度的相關(guān)性較小。生產(chǎn)中硫化時(shí)間的設(shè)定必須與橡膠達(dá)到正硫化反應(yīng)的時(shí)間一致，否則硫化時(shí)間過(guò)短或者過(guò)長(zhǎng)將分別會(huì)導(dǎo)致欠硫或過(guò)硫。

而在橡膠硫化工藝中，溫度是最主要的控制條件之一。硫化反應(yīng)速度與溫度一般呈正相關(guān)，生產(chǎn)中設(shè)定溫度每上升10℃，硫化反應(yīng)速度約提高一倍，硫化時(shí)間也相應(yīng)減少一半。經(jīng)調(diào)查，生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)管控參數(shù)與工藝要求一致，但經(jīng)過(guò)了解，擠出生產(chǎn)線的微波加熱槽偶發(fā)跳停問(wèn)題。初步確認(rèn)為生產(chǎn)設(shè)備老化偶發(fā)跳停后，硫化不足導(dǎo)致。

綜上，故障件密封條的各項(xiàng)測(cè)試中，可通過(guò)水解實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)發(fā)白。且電解銅測(cè)試4 級(jí)，不符合1 ～ 3 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)為硫化不足導(dǎo)致發(fā)白。

3 改善方向——提高硫化速度

3.1 膠料配方分析

為使提高膠料硫化速度，需要提高膠料中的氧化鋅含量。改善后的膠料相比改善前，氧化鋅含量提高0.2%。氧化鋅是充當(dāng)硫化氧化劑的作用，主要是為了有效提升促進(jìn)劑活性，減少橡膠硫化周期，并能通過(guò)增強(qiáng)硫化膠的導(dǎo)熱性，提升生產(chǎn)過(guò)程中的硫化速度，提高硫化反應(yīng)程度。

3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)所得，溫度每上升10℃，硫化時(shí)間將減少一半。經(jīng)過(guò)工藝參數(shù)優(yōu)化，將燃?xì)饧訜岵蹨囟葟?30±30℃更改到250±10℃，產(chǎn)品的電解銅試驗(yàn)結(jié)果可有效控制在2 級(jí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）根據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)行發(fā)生條件假設(shè)，通過(guò)驗(yàn)證得出涂層對(duì)于發(fā)白問(wèn)題無(wú)影響，硫化不充分的密封條在水解試驗(yàn)后會(huì)再現(xiàn)發(fā)白。

（2）對(duì)發(fā)白物質(zhì)進(jìn)行光譜分析，主要為S 和Zn 元素。

（3）改善方向：①提高膠料中的氧化鋅含量，提高0.2% ;②燃?xì)饧訜岵蹨囟葟?30±30℃更改到250±10℃ ;③在上述2個(gè)條件下，產(chǎn)品的電解銅試驗(yàn)結(jié)果可有效控制在2 級(jí)，且水解試驗(yàn)后未出現(xiàn)發(fā)白不良。