Elastomer termoplastic stabilizat UV pentru piața auto: un ghid practic

O parcare în iulie este una dintre cele mai dure bănci de durabilitate din industria auto. Temperaturile suprafeței de pe un panou de instrumente întunecat urcă cu mult peste mediul ambiant, iar radiațiile ultraviolete continuă să funcționeze pe fiecare lanț de polimeri pe care îl poate atinge. Piesele care arătau impecabile la începutul producției pot deveni cretas, lipicioase sau vizibil mai ușoare în câteva veri. De aceea, un elastomer termoplastic stabilizat UV s-a mutat de la o linie plăcută pe o fișă de date la o cerință fixă ​​în majoritatea specificațiilor materialelor pentru automobile.

Elastomerii termoplastici își câștigă locul în vehicule, deoarece combină senzația asemănătoare cauciucului cu prelucrarea termoplastică: fără pas de vulcanizare, timpi scurti de ciclu și deșeuri care pot fi adesea remăcinate. Dar nu orice TPE îmbătrânește la fel în aer liber. De obicei, diferența se reduce la două lucruri, saturația coloanei vertebrale polimerice și calitatea pachetului de stabilizare construit în jurul acestuia. Înțelegerea ambelor face selecția notei mult mai previzibilă.

De ce stabilitatea UV este acum un criteriu de achiziție

Intemperii era o problemă a altcuiva. Decorul exterior era din metal sau plastic umplut puternic, interioarele erau acoperite cu piele din PVC și nimeni nu se aștepta ca un sigiliu să rămână frumos timp de cincisprezece ani. Astăzi, TPE apare în locuri unde lumina soarelui, căldura și stresul mecanic vin împreună:

• Profile de etanșare exterioare, canale de rulare din sticlă, ornamente pentru linia de centură și deflectoare de apă
• Extensii pentru arcada roților, plăcuțe pentru portbagaj, flapsuri de noroi și garnituri pentru porturile de încărcare la vehiculele electrice
• Capacele panoului de instrumente, capacele rolelor ușilor, capacele consolei și mânerele moale la atingere în interiorul cabinei
• Huse pentru airbag cu cusături de rupere turnate, unde îmbătrânirea modifică comportamentul la rupere

Trei tendințe au împins cerința în sus. Secțiunile de perete au devenit mai subțiri pentru a economisi greutate, ceea ce lasă mai puțin material pentru a absorbi o anumită doză UV. Culorile s-au mutat spre negru profund și tonuri saturate care ascund murdăria, dar sunt și mai fierbinți. Și așteptările de garanție s-au prelungit, așa că o parte este acum judecată după cum arată în anul zece, nu cum arată în luna a treia.

Ce implică de fapt stabilizarea UV

Un TPE rezistent la intemperii nu este produsul unui aditiv miraculos. Este un sistem cu trei linii de apărare care funcționează simultan.

1. Chimia coloanei vertebrale. Un bloc mediu saturat are mult mai puține locuri reactive decât unul nesaturat, astfel încât lanțul rezistă la oxidare înainte de a lua în considerare orice aditiv.
2. Pachet stabilizator. Antioxidanții primari și secundari protejează topitura și durata de viață, stabilizatorii de lumină cu amine împiedicate întrerup ciclul de foto-oxidare, iar absorbanții UV ecranează radiațiile cu energie ridicată înainte de a ajunge la legături sensibile.
3. Suprafață și pigment. Negrul de fum și sistemele de pigment bine alese protejează volumul polimerului, în timp ce o suprafață mată sau acoperită modifică modul în care degradarea devine vizibilă.

Deoarece TPE este un material compus mai degrabă decât o singură rășină, același polimer de bază se poate comporta complet diferit în două formulări. Acesta este motivul practic pentru a discuta expunerea la utilizarea finală cu furnizorul de materiale, mai degrabă decât să comparați numai fișele de date.

Coloana vertebrală în primul rând: de ce blocurile medii hidrogenate îmbătrânesc mai încet

Copolimerii bloc stiren-butadienă poartă un bloc intermediar de polibutadienă cu duble legături reziduale. Acele poziții alilice sunt exact acolo unde oxigenul și energia UV preferă să atace, producând un amestec de reticulare și scisarea lanțului. Rezultatul vizibil este, de obicei, creta, deviația de culoare și fisurarea suprafeței care apare în momentul în care piesa este îndoită.

Hidrogenarea îndepărtează majoritatea acestor duble legături și transformă blocul mijlociu într-un segment de cauciuc saturat. Copolimerul în bloc de stiren-butadienă hidrogenat (SEBS) și copolimerul hidrogenat de stiren-izopren (SEPS) păstrează structura termoplastică în două faze, oferind în același timp formulatorilor un polimer mult mai silențios cu care să lucreze. Polimerul izopren hidrogenat (EP) merge mai departe într-o direcție diferită, deoarece nu poartă blocuri de polistiren și se comportă mai degrabă ca un modificator saturat decât ca un elastomer termoplastic independent. Chimia din spatele acestor diferențe și modul în care se traduce în rezistența la oxidare este tratată mai în profunzime în nota noastră despre modul în care copolimerii bloc răspund la expunerea la UV și degradarea mediului .

Seria H de copolimer în bloc de stiren-butadienă hidrogenat (SEBS). Vizualizați clasele ZHOPOLY H-Series SEBS pentru elastomeri termoplastici SBS hidrogenați utilizați în modificarea plasticului, încălțăminte, TPE, filme și produse medicale. Vizualizare produs →

Compararea principalelor opțiuni de calitate auto

Tabelul de mai jos este un punct de plecare pentru conversație, nu o specificație. Duritatea, conținutul de ulei și încărcarea stabilizatorului modifică considerabil limitele.

Notele nesaturate sunt încă perfect sensibile acolo unde lumina soarelui nu ajunge niciodată. O căptușeală de pasaj de roată sau un covoraș de încărcare care se află sub un panou ornamental nu are nevoie de cel mai scump sistem stabilizator din catalog. În aceste aplicații, un compus pe bază de SBS poate fi o alegere economică, cu condiția ca specificația să nu solicite, de asemenea, îmbătrânire îndelungată la căldură.

Copolimer bloc stiren-butadienă din seria Zhongli SBS Revizuiți clasele Zhongli SBS pentru elastomeri stirenici nesaturați în modificarea asfaltului și a polimerilor, adezivi, încălțăminte și etanșare acolo unde cerințele UV și de îmbătrânire termică sunt mai mici. Vizualizare produs →

Multe TPE-uri pentru automobile nu sunt deloc modelate ca elastomer curat. Sunt amestecuri în care un copolimer bloc hidrogenat este dispersat în polipropilenă sau într-o matrice TPO, motiv pentru care combinatorii lucrează frecvent cu noi la modificarea plastică și întărirea la impact mai degrabă decât numai pe piesele din elastomer.

Detalii combinate care decid dacă o parte supraviețuiește zece veri

Selectarea stabilizatorului nu este un joc de numere

Adăugarea mai multor stabilizatori de lumină amină împiedicată nu este automat mai bună. Calitățile HALS diferă în funcție de bazicitate, iar tipurile foarte bazice pot interacționa prost cu reziduurile acide, retardanții de flacără halogenați sau anumite tratamente cu pigment. Absorbanții UV din familia benzotriazolului funcționează bine în secțiuni subțiri și culori deschise, în timp ce părțile negre umplute cu negru de fum se bazează adesea mai mult pe HALS plus un antioxidant primar. Tio-sinergiștii îmbunătățesc îmbătrânirea termică pe termen lung, dar pot lucra împotriva stabilității luminii, așa că echilibrul trebuie ajustat pentru profilul real de expunere.

Culoarea schimbă totul

O garnitură de stâlp bej deschis și o garnitură neagră a centurii se confruntă cu același soare, dar se degradează diferit. Părțile palide prezintă aproape imediat îngălbenirea, astfel încât absorbanții de ecranare contează mai mult, în timp ce părțile negre groase depind de stabilitatea suprafeței și de păstrarea luciului. Pigmenții metalici și de efect introduc ocazional reziduuri catalitice care accelerează oxidarea, care este unul dintre motivele pentru care gradele de pigmenți ar trebui să fie dezvăluite compusului.

Migrație, aburire și aer din cabină

Specificațiile interioare ale autovehiculelor limitează din ce în ce mai mult emisiile volatile și condensabile. Aditivii care sunt suficient de mobili pentru a înflori la suprafață pot ajuta la alunecarea sau eliberarea pe termen scurt, dar pot compromite rezultatele aburirii și pot lăsa o peliculă neclară pe sticlă. Potrivirea permanenței aditivilor cu istoria termică a piesei face parte din munca de proiectare, nu o gândire ulterioară.

Aplicații sub capotă și etanșare: un profil diferit de stres

Nu toate problemele de intemperii ale automobilelor implică lumina soarelui. Sub capotă, factorii de stres dominanti sunt căldura, oxigenul, uleiul, lichidul de răcire și ozonul, adesea în combinație ciclică. UV direct este limitat, dar oxidarea termică se desfășoară mai rapid și este vizibilă ca întărire, compresie sau crăpare la o margine prinsă. Polimerii complet saturați, cum ar fi EP, sunt atractivi aici, deoarece tolerează o temperatură ridicată susținută fără nesaturarea reziduală care altfel ar deveni veriga cea mai slabă.

Polimer izopren hidrogenat EP ZL-D700 Examinați ZL-D700, un polimer EP saturat în formă de stea pentru îmbunătățirea indicelui de vâscozitate a lubrifianților, modificarea poliolefinelor, adezivi și etanșanți în care rezistența la căldură și la oxidare contează. Vizualizare produs →

Cum testează industria intemperii

Experimentarea accelerată are sens numai atunci când ciclul de testare seamănă cu aplicația. Ciclurile exterioare rulează mai calde și mai umede decât cele interioare, iar ciclurile interioare includ adesea un filtru de sticlă pentru a imita geamurile cabinei. Referințele comune pe care le veți vedea într-o specificație includ:

• Expunere la arc xenon la ISO 4892-2 și ASTM G155, cu sau fără apă pulverizată
• ASTM G154 și ISO 4892-3 UV fluorescent cu lămpi UVA-340
• Cicluri exterioare auto SAE J2527 și J1960
• Cicluri specifice furnizorilor scrise de producătorii individuali de vehicule

Rezultatele sunt apoi evaluate pe criterii măsurabile: schimbarea culorii exprimată ca Delta E, evaluarea pe scară de gri, păstrarea luciului și păstrarea rezistenței la tracțiune și a alungirii. O țintă tipică ar putea cere o reținere a alungirii de cel puțin optzeci la sută cu o schimbare de culoare sub trei unități, dar cifrele variază foarte mult între OEM și între zonele interioare și exterioare. Lipiciitatea suprafeței, fisurarea sub îndoire și pierderea de aderență în piesele supraturlate sunt, de asemenea, verificate vizual, deoarece apar adesea înainte ca proprietățile în vrac să se miște.

Obiceiuri de procesare care protejează pachetul stabilizator

Un compus bine formulat poate eșua în continuare dacă procesul îl pedepsește. Puncte practice care contează în producție:

1. Uscați materialele de umplutură și masterbatch-urile higroscopice și depozitați elastomerul în ambalaje sigilate.
2. Folosiți geometrii șuruburilor cu forfecare moderată și evitați timpi lungi de rezidență la temperatură ridicată de topire.
3. Dispersați uniform masterbatch-urile stabilizatoare; aglomeratele netopite devin puncte slabe locale.
4. Urmăriți rapoartele de remacinare, deoarece istoricul termic repetat consumă capacitatea antioxidantă.
5. Controlați zona de lipire în părți cu două shot-uri sau coextrudate, unde poate începe degradarea interfaței.

Alegerea unui partener pe termen lung

Performanța la intemperii este o proprietate a unui sistem, așa că merită să ne întrebăm cum un furnizor controlează de fapt variabilele. Din partea noastră, asta înseamnă capacitatea de hidrogenare în familiile SBS, SEBS, SEPS și EP, controlul instalației printr-un sistem de control distribuit și opt etape de inspecție de la aportul de materie primă până la produsul finit. Stația noastră de lucru postdoctorală și echipa de cercetare și dezvoltare își petrec o mare parte din timp pe proiectarea și funcționalizarea structurii blocului prin extrudare reactivă, care este exact trusa de instrumente necesară atunci când un client solicită o calitate mai moale cu aceeași durabilitate în aer liber.

Majoritatea proiectelor auto au nevoie și de un furnizor care să înțeleagă că o specificație este o conversație, nu o listă de dorințe. Trimiterea ciclului de expunere, a grosimii peretelui, a culorii și a metodei de îmbinare produce de obicei un răspuns mai util decât trimiterea numai a unui număr de duritate.

Recomandări practice

• Începeți cu o coloană vertebrală saturată, apoi proiectați pachetul stabilizator în jurul zonei de expunere reală.
• Tratați pigmentul, grosimea secțiunii și finisajul suprafeței ca parte a soluției UV, mai degrabă decât ca decorare.
• Potriviți testul accelerat cu mediul real; ciclurile interioare și exterioare nu sunt interschimbabile.
• Protejați formula în timpul procesării, deoarece istoricul termic consumă în liniște protecția pentru care ați plătit.
• Păstrați grade nesaturate pentru piesele protejate și utilizați-le acolo unde economia contează mai mult decât lumina soarelui.

Nimic din toate acestea nu este complicat, dar recompensează planificarea timpurie. Atunci când chimia polimerului, sistemul de aditivi și fereastra de proces sunt alese împreună, un elastomer termoplastic stabilizat UV poate rămâne flexibil și prezentabil pe durata de viață a vehiculului, mai degrabă decât pe durata unei cereri de garanție.