UV stabilizovaný termoplastický elastomér pre automobilový trh: Praktický sprievodca

Parkovisko v júli je jednou z najtvrdších odolných lavičiek v automobilovom priemysle. Povrchové teploty na tmavom prístrojovom paneli sa vyšplhajú vysoko nad okolité a ultrafialové žiarenie stále pôsobí na každý polymérový reťazec, na ktorý sa dostane. Diely, ktoré na začiatku výroby vyzerali bezchybne, sa môžu v priebehu niekoľkých letov zmeniť na kriedové, lepkavé alebo viditeľne svetlejšie. To je dôvod, prečo sa termoplastický elastomér stabilizovaný proti UV žiareniu presunul z prehľadného radu na katalógovom liste k pevnej požiadavke vo väčšine špecifikácií automobilových materiálov.

Termoplastické elastoméry si získavajú svoje miesto vo vozidlách, pretože kombinujú gumový pocit s termoplastickým spracovaním: žiadny vulkanizačný krok, krátke časy cyklov a šrot, ktorý možno často prebrúsiť. Ale nie každý TPE starne vonku rovnakým spôsobom. Rozdiel zvyčajne spočíva v dvoch veciach, nasýtení polymérovej kostry a kvalite stabilizačného balíka postaveného okolo nej. Pochopenie oboch robí výber ročníka oveľa predvídateľnejším.

Prečo je UV stabilita teraz nákupným kritériom

Zvetrávanie bývalo problémom niekoho iného. Vonkajšie čalúnenie bolo kovové alebo silne vyplnené plastom, interiéry boli pokryté PVC kožou a nikto nečakal, že tesnenie zostane pekné pätnásť rokov. Dnes sa TPE objavuje na miestach, kde sa stretáva slnečné svetlo, teplo a mechanické namáhanie:

• Vonkajšie tesniace profily, presklené kanály, lemovanie pásov a deflektory vody
• Rozšírenia podbehov kolies, podložky na strešné nosiče, lapače nečistôt a tesnenia nabíjacieho portu na elektrických vozidlách
• Kryty prístrojovej dosky, kryty valcov dverí, veká konzoly a mäkké rukoväte v kabíne
• Airbag je pokrytý tvarovanými trhacími švami, kde starnutie mení správanie pri trhaní

Tri trendy posunuli požiadavku nahor. Časti stien sa stali tenšie, aby sa ušetrila hmotnosť, čo ponecháva menej materiálu na absorbovanie danej dávky UV žiarenia. Farby sa posunuli smerom k hlbokej čiernej a sýtym tónom, ktoré zakrývajú špinu, ale sú aj horúcejšie. A záručné očakávania sa predĺžili, takže časť sa teraz posudzuje podľa toho, ako vyzerá v desiatom roku, nie ako vyzerá v treťom mesiaci.

Čo vlastne UV stabilizácia zahŕňa

TPE odolný voči poveternostným vplyvom nie je produktom jednej zázračnej prísady. Ide o systém s tromi obrannými líniami pracujúcimi naraz.

1. Chrbtová chémia. Nasýtený stredný blok má oveľa menej reaktívnych miest ako nenasýtený, takže reťazec odoláva oxidácii skôr, ako sa zvažuje akákoľvek prísada.
2. Balenie stabilizátora. Primárne a sekundárne antioxidanty chránia taveninu a životnosť, bránené amínové svetelné stabilizátory prerušujú fotooxidačný cyklus a UV absorbéry chránia vysokoenergetické žiarenie skôr, ako dosiahne citlivé väzby.
3. Povrch a pigment. Sadze a dobre zvolené pigmentové systémy chránia objem polyméru, zatiaľ čo matný alebo potiahnutý povrch mení spôsob, akým sa degradácia stáva viditeľnou.

Pretože TPE je skôr zložený materiál než jedna živica, rovnaký základný polymér sa môže v dvoch formuláciách správať úplne odlišne. To je praktický dôvod na diskusiu o vystavení sa konečnému použitiu s dodávateľom materiálu namiesto porovnávania samotných údajových listov.

Chrbtica na prvom mieste: Prečo hydrogenované stredné bloky starnú pomalšie

Styrén-butadiénové blokové kopolyméry nesú polybutadiénový stredný blok so zvyškovými dvojitými väzbami. Tieto alylické pozície sú presne tam, kde kyslík a UV energia uprednostňujú útok, čím vzniká zmes zosieťovania a štiepenia reťazca. Viditeľným výsledkom je zvyčajne kriedovanie, posun farby a praskanie povrchu, ktoré sa objaví v momente, keď sa dielec ohne.

Hydrogenácia odstráni väčšinu týchto dvojitých väzieb a premení stredný blok na nasýtený gumový segment. Hydrogenovaný styrén-butadiénový blokový kopolymér (SEBS) a hydrogenovaný styrén-izoprénový kopolymér (SEPS) si zachovávajú termoplastickú dvojfázovú štruktúru, pričom formulátorom poskytujú oveľa tichší polymér, s ktorým môžu pracovať. Hydrogenovaný izoprénový polymér (EP) ide ďalej v inom smere, pretože nenesie žiadne polystyrénové bloky a správa sa skôr ako nasýtený modifikátor než ako samostatný termoplastický elastomér. Chémia za týmito rozdielmi a spôsob, akým sa premieta do odolnosti voči oxidácii, sú podrobnejšie opísané v našej poznámke o ako blokové kopolyméry reagujú na vystavenie UV žiareniu a degradáciu životného prostredia .

Hydrogenovaný styrén-butadiénový blokový kopolymér (SEBS) série H Pozrite si akosti ZHOPOLY H-Series SEBS pre hydrogenované SBS termoplastické elastoméry používané v úprave plastov, obuvi, TPE, fóliách a medicínskych produktoch. Zobraziť produkt →

Porovnanie hlavných možností pre automobilový priemysel

Nižšie uvedená tabuľka je východiskovým bodom konverzácie, nie špecifikáciou. Tvrdosť, obsah oleja a obsah stabilizátora značne posúvajú hranice.

Nenasýtené druhy sú stále úplne rozumné tam, kde slnečné svetlo nikdy nedorazí. Podbeh kolesa alebo podložka do nákladového priestoru, ktorá je umiestnená pod ozdobným panelom, nepotrebujú najdrahší stabilizačný systém v katalógu. V týchto aplikáciách môže byť zlúčenina na báze SBS ekonomickou voľbou za predpokladu, že špecifikácia nevyžaduje aj dlhé starnutie teplom.

Styrén-butadiénový blokový kopolymér série Zhongli SBS Pozrite si akosti Zhongli SBS pre nenasýtené styrénové elastoméry v modifikácii asfaltu a polymérov, lepidiel, obuvi a tesnení, kde sú požiadavky na starnutie UV a teplom nižšie. Zobraziť produkt →

Mnoho automobilových TPE nie je vôbec tvarovaných ako čistý elastomér. Sú to zmesi, v ktorých je hydrogenovaný blokový kopolymér dispergovaný do polypropylénu alebo TPO matrice, a preto s nami často spolupracujú na plastická úprava a rázové tvrdenie skôr ako na samotných elastomérových častiach.

Zložené detaily, ktoré rozhodujú o tom, či diel prežije desať let

Výber stabilizátora nie je hra s číslami

Pridanie viac bráneného amínového svetelného stabilizátora nie je automaticky lepšie. Typy HALS sa líšia zásaditosťou a vysoko zásadité typy môžu zle interagovať s kyslými zvyškami, halogénovanými retardérmi horenia alebo určitými úpravami pigmentov. UV absorbéry z rodiny benzotriazolov fungujú dobre v tenkých rezoch a svetlých farbách, zatiaľ čo čierne časti vyplnené sadzou sa často viac spoliehajú na HALS plus primárny antioxidant. Tio-synergisty zlepšujú dlhodobé starnutie teplom, ale môžu pôsobiť proti stabilite svetla, takže rovnováha musí byť vyladená pre aktuálny profil expozície.

Farba všetko zmení

Svetlo béžové obloženie stĺpika a čierne tesnenie v páse čelia rovnakému slnku, ale degradujú inak. Bledé časti takmer okamžite zožltnú, takže na sitových absorbéroch záleží viac, zatiaľ čo hrubé čierne časti závisia od stability povrchu a zachovania lesku. Kovové a efektové pigmenty príležitostne obsahujú katalytické zvyšky, ktoré urýchľujú oxidáciu, čo je jeden z dôvodov, prečo by mali byť spracovateľovi uvedené druhy pigmentov.

Migrácia, zahmlievanie a vzduch v kabíne

Špecifikácie interiéru automobilov čoraz viac obmedzujú prchavé a kondenzovateľné emisie. Prísady, ktoré sú dostatočne mobilné na to, aby vykvitli na povrch, môžu napomôcť krátkodobému skĺznutiu alebo uvoľneniu, ale môžu ohroziť výsledky zahmlievania a zanechať na skle zahmlený film. Zosúladenie stálosti prísad s tepelnou históriou dielu je súčasťou projektovej práce, nie dodatočným nápadom.

Aplikácie pod kapotou a tesnenie: Iný profil stresu

Nie každý problém s poveternostnými vplyvmi v automobiloch zahŕňa slnečné svetlo. Pod kapotou sú dominantnými stresormi teplo, kyslík, olej, chladivo a ozón, často v cyklickej kombinácii. Priame UV žiarenie je obmedzené, ale tepelná oxidácia prebieha rýchlejšie a je viditeľná ako stvrdnutie, stuhnutie v tlaku alebo prasknutie na zovretej hrane. Plne nasýtené polyméry, ako je EP, sú tu atraktívne, pretože tolerujú trvalo zvýšenú teplotu bez zvyškového nenasýtenia, ktoré by sa inak stalo najslabším článkom.

Hydrogenovaný izoprénový polymér EP ZL-D700 Preskúmajte ZL-D700, nasýtený hviezdicový EP polymér na zlepšenie indexu viskozity mazív, modifikáciu polyolefínov, lepidlá a tmely, kde záleží na odolnosti voči teplu a oxidácii. Zobraziť produkt →

Ako priemysel testuje zvetrávanie

Zrýchlené zvetrávanie má zmysel len vtedy, keď testovací cyklus pripomína aplikáciu. Vonkajšie cykly sú teplejšie a vlhkejšie ako vnútorné a vnútorné cykly často obsahujú sklenený filter, ktorý napodobňuje zasklenie kabíny. Bežné referencie, ktoré uvidíte v špecifikácii, zahŕňajú:

• ISO 4892-2 a ASTM G155 vystavenie xenónovému oblúku, s alebo bez postreku vodou
• ASTM G154 a ISO 4892-3 fluorescenčné UV s lampami UVA-340
• Automobilové exteriérové cykly SAE J2527 a J1960
• Cykly špecifické pre dodávateľa napísané jednotlivými výrobcami vozidiel

Výsledky sa potom posudzujú na základe merateľných kritérií: farebný posun vyjadrený ako Delta E, stupeň šedej, zachovanie lesku a zachovanie pevnosti v ťahu a predĺženia. Typický cieľ by mohol vyžadovať aspoň osemdesiatpercentné zachovanie predĺženia s farebným posunom pod tri jednotky, ale čísla sa značne líšia medzi výrobcami OEM a medzi vnútornými a vonkajšími zónami. Priľnavosť povrchu, praskanie pod ohybom a strata adhézie v prelisovaných častiach sa tiež kontrolujú vizuálne, pretože sa často objavujú skôr, ako sa pohnú objemové vlastnosti.

Spracovateľské návyky, ktoré chránia balík stabilizátorov

Dobre formulovaná zlúčenina môže stále zlyhať, ak ju proces potrestá. Praktické body, ktoré sú dôležité pri výrobe:

1. Vysušte hygroskopické plnivá a predzmesi a skladujte elastomér v uzavretých obaloch.
2. Používajte skrutkové geometrie s miernym strihom a vyhýbajte sa dlhým časom zotrvania pri vysokej teplote taveniny.
3. Rovnomerne dispergujte predzmesi stabilizátorov; neroztavené aglomeráty sa stávajú miestnymi slabými miestami.
4. Sledujte pomery prebrúsenia, pretože opakovaná tepelná história spotrebováva antioxidačnú kapacitu.
5. Kontrolujte zónu lepenia v dvojrazových alebo koextrudovaných častiach, kde môže začať degradácia rozhrania.

Výber partnera na dlhodobé obdobie

Výkon poveternostných podmienok je vlastnosťou systému, preto stojí za to sa opýtať, ako dodávateľ vlastne riadi premenné. Na našej strane to znamená schopnosť hydrogenácie v rámci rodín SBS, SEBS, SEPS a EP, riadenie závodu prostredníctvom distribuovaného riadiaceho systému a osem kontrolných stupňov od príjmu suroviny až po hotový výrobok. Naša postdoktorandská pracovná stanica a tím výskumu a vývoja trávi veľa času návrhom a funkcionalizáciou blokovej štruktúry prostredníctvom reaktívnej extrúzie, čo je presne ten súbor nástrojov, ktorý potrebuje, keď zákazník požaduje mäkšiu triedu s rovnakou odolnosťou v exteriéri.

Väčšina automobilových projektov tiež potrebuje dodávateľa, ktorý chápe, že špecifikácia je rozhovor, nie zoznam želaní. Odoslanie expozičného cyklu, hrúbky steny, farby a spôsobu spájania zvyčajne poskytuje užitočnejšiu odpoveď ako zaslanie samotného čísla tvrdosti.

Praktické veci so sebou

• Začnite s nasýtenou chrbtovou kosťou, potom navrhnite balík stabilizátorov okolo skutočnej zóny expozície.
• Pigment, hrúbku sekcie a povrchovú úpravu používajte skôr ako súčasť UV roztoku ako dekoráciu.
• Priraďte zrýchlený test k reálnemu prostrediu; vnútorné a vonkajšie cykly nie sú zameniteľné.
• Chráňte formuláciu počas spracovania, pretože tepelná história ticho spotrebuje ochranu, za ktorú ste zaplatili.
• Ponechajte nenasýtené druhy pre chránené časti a používajte ich tam, kde na ekonomike záleží viac ako na slnku.

Nič z toho nie je zložité, no odmeňuje to skoré plánovanie. Keď sa polymérna chémia, systém aditív a procesné okno vyberú spoločne, termoplastický elastomér stabilizovaný UV žiarením môže zostať flexibilný a prezentovateľný počas životnosti vozidla, a nie počas záručnej doby.