UV stabilizirani termoplastični elastomer za tržište automobila: praktični vodič

Parkiralište u srpnju jedna je od najtežih klupa za izdržljivost u automobilskoj industriji. Površinske temperature na tamnoj ploči s instrumentima penju se daleko iznad temperature okoline, a ultraljubičasto zračenje nastavlja djelovati na svaki polimerni lanac do kojeg može doći. Dijelovi koji su izgledali besprijekorno na početku proizvodnje mogu postati kredasti, ljepljivi ili vidljivo svjetliji u roku od nekoliko ljeta. Zbog toga je termoplastični elastomer stabiliziran na UV zračenje prešao s linije lijepog za imati na podatkovnoj tablici na fiksni zahtjev u većini specifikacija materijala za automobile.

Termoplastični elastomeri zaslužuju svoje mjesto u vozilima jer kombiniraju osjećaj poput gume s termoplastičnom preradom: nema koraka vulkanizacije, kratko vrijeme ciklusa i otpad koji se često može ponovno brusiti. Ali ne stari svaki TPE na isti način na otvorenom. Razlika se obično svodi na dvije stvari, zasićenost polimerne okosnice i kvalitetu stabilizacijskog paketa izgrađenog oko nje. Razumijevanje i jednog i drugog čini odabir ocjene daleko predvidljivijim.

Zašto je UV stabilnost sada kriterij kupnje

Vrijeme je nekada bilo tuđi problem. Vanjski ukrasi bili su metalni ili debelo ispunjeni plastikom, unutrašnjost je bila prekrivena PVC kožom i nitko nije očekivao da će tuljanica ostati lijepa petnaest godina. Danas se TPE pojavljuje na mjestima gdje sunčeva svjetlost, toplina i mehanički stres dolaze zajedno:

• Vanjski brtveni profili, stakleni kanali, obloge pojasa i usmjerivači vode
• Produžeci lukova kotača, jastučići za krovne nosače, blatobrani i brtve priključka za punjenje na električnim vozilima
• Presvlake ploče s instrumentima, poklopci na vratima, poklopci konzole i ručke meke na dodir u kabini
• Navlake zračnih jastuka s oblikovanim šavovima za suzanje, gdje starenje mijenja ponašanje trganja

Tri su trenda pogurala zahtjev prema gore. Dijelovi zidova postali su tanji kako bi se uštedjela na težini, što ostavlja manje materijala za apsorbiranje određene UV doze. Boje su se pomaknule prema dubokim crnim i zasićenim tonovima koji skrivaju prljavštinu, ali su i topliji. I očekivanja jamstva su se produžila, pa se sada dio procjenjuje kako izgleda u desetoj godini, a ne kako izgleda u trećem mjesecu.

Što UV stabilizacija zapravo uključuje

TPE otporan na vremenske uvjete nije proizvod jednog čudesnog aditiva. To je sustav s tri linije obrane koje rade odjednom.

1. Kemija okosnice. Zasićeni srednji blok ima puno manje reaktivnih mjesta od nezasićenog, tako da se lanac opire oksidaciji prije nego što se uzme u obzir bilo kakav aditiv.
2. Paket stabilizatora. Primarni i sekundarni antioksidansi štite talinu i radni vijek, ometeni aminski svjetlosni stabilizatori prekidaju ciklus fotooksidacije, a UV apsorberi štite visokoenergetsko zračenje prije nego ono dospije u osjetljive veze.
3. Površina i pigment. Čađa i dobro odabrani pigmentni sustavi štite masu polimera, dok mat ili premazana površina mijenja način na koji degradacija postaje vidljiva.

Budući da je TPE složeni materijal, a ne jedna smola, isti osnovni polimer može se ponašati potpuno drugačije u dvije formulacije. To je praktičan razlog za raspravu o izloženosti krajnje uporabe s dobavljačem materijala, a ne samo za usporedbu podatkovnih tablica.

Prvo okosnica: Zašto hidrogenizirani srednji blokovi sporije stare

Blok kopolimeri stiren-butadien nose polibutadienski srednji blok s rezidualnim dvostrukim vezama. Te alilne pozicije su točno tamo gdje kisik i UV energija radije napadaju, stvarajući mješavinu umrežavanja i kidanja lanca. Vidljivi rezultat obično je kreda, pomicanje boje i površinsko pucanje koje se pojavljuje u trenutku kada se dio savije.

Hidrogenacija uklanja većinu tih dvostrukih veza i pretvara srednji blok u zasićeni gumeni segment. Hidrogenirani stiren-butadien blok kopolimer (SEBS) i hidrogenirani stiren-izopren kopolimer (SEPS) zadržavaju termoplastičnu dvofaznu strukturu dok formulatorima daju puno tiši polimer za rad. Hidrogenirani izopren polimer (EP) ide dalje u drugom smjeru, budući da ne sadrži polistirenske blokove i ponaša se kao zasićeni modifikator, a ne kao samostalni termoplastični elastomer. Kemija koja stoji iza ovih razlika i kako se ona prevodi u otpornost na oksidaciju detaljnije je obrađena u našoj bilješci o kako blok kopolimeri reagiraju na UV izloženost i degradaciju okoliša .

Hidrogenirani stiren-butadien blok kopolimer (SEBS) H-serija Pogledajte ZHOPOLY H-Series SEBS kvalitete za hidrogenirane SBS termoplastične elastomere koji se koriste u modificiranju plastike, obući, TPE-u, filmovima i medicinskim proizvodima. Pogledajte proizvod →

Usporedba glavnih opcija za automobile

Donja tablica je polazna točka za razgovor, a ne specifikacija. Tvrdoća, sadržaj ulja i opterećenje stabilizatora značajno pomiču granice.

Nezasićeni stupnjevi su još uvijek savršeno osjetljivi tamo gdje sunčeva svjetlost nikada ne dolazi. Obloga luka kotača ili prostirka prtljažnika koja se nalazi ispod ukrasne ploče ne treba najskuplji sustav stabilizatora u katalogu. U tim primjenama, spoj na bazi SBS-a može biti ekonomičan izbor pod uvjetom da specifikacija ne zahtijeva i dugo starenje toplinom.

Zhongli SBS serija stiren-butadien blok kopolimer Pregledajte Zhongli SBS stupnjeve za nezasićene stirenske elastomere u modificiranju asfalta i polimera, ljepilima, obući i brtvljenju gdje su zahtjevi za UV i toplinskim starenjem niži. Pogledajte proizvod →

Mnogi automobilski TPE-ovi uopće nisu oblikovani kao čisti elastomeri. To su mješavine u kojima je hidrogenirani blok kopolimer dispergiran u polipropilen ili TPO matricu, zbog čega slagači često rade s nama na plastična modifikacija i udarna očvrslost nego samo na dijelove od elastomera.

Složeni detalji koji odlučuju hoće li dio preživjeti deset ljeta

Odabir stabilizatora nije igra brojeva

Dodavanje više ometenog amina svjetlosnog stabilizatora nije automatski bolje. HALS stupnjevi razlikuju se po bazičnosti, a visoko bazični tipovi mogu loše komunicirati s kiselim ostacima, halogeniranim usporivačima plamena ili određenim tretmanima pigmentima. UV apsorberi iz obitelji benzotriazola dobro funkcioniraju u tankim dijelovima i svijetlim bojama, dok se crni dijelovi ispunjeni čađom često više oslanjaju na HALS plus primarni antioksidans. Tio-sinergisti poboljšavaju dugotrajno toplinsko starenje, ali mogu djelovati protiv stabilnosti svjetlosti, tako da se ravnoteža mora prilagoditi za stvarni profil izloženosti.

Boja mijenja sve

Svijetlo bež obloga stupa i crna brtva na liniji pojasa okrenuti su prema istom suncu, ali se degradiraju drugačije. Blijedi dijelovi gotovo odmah požute, tako da su apsorberi sita važniji, dok debeli crni dijelovi ovise o stabilnosti površine i zadržavanju sjaja. Metalni pigmenti i pigmenti s efektom povremeno uvode katalitičke ostatke koji ubrzavaju oksidaciju, što je jedan od razloga zašto bi sastav pigmenta trebao biti otkriven.

Migracija, zamagljivanje i zrak u kabini

Specifikacije interijera automobila sve više ograničavaju hlapljive emisije i emisije koje se mogu kondenzirati. Aditivi koji su dovoljno pokretljivi da izbiju na površinu mogu pomoći pri kratkotrajnom klizanju ili otpuštanju, ali mogu ugroziti rezultate zamagljivanja i ostaviti zamagljen film na staklu. Usklađivanje trajnosti aditiva s toplinskom poviješću dijela dio je rada na dizajnu, a ne naknadna misao.

Primjene ispod haube i brtvljenja: drugačiji profil naprezanja

Ne uključuje svaki problem vremenskih uvjeta automobila sunčevu svjetlost. Ispod haube, dominantni stresori su toplina, kisik, ulje, rashladna tekućina i ozon, često u cikličkoj kombinaciji. Izravno UV zračenje je ograničeno, ali toplinska oksidacija se odvija brže i vidljiva je kao stvrdnjavanje, kompresija ili pucanje na stegnutom rubu. Potpuno zasićeni polimeri kao što je EP ovdje su privlačni jer toleriraju dugotrajnu povišenu temperaturu bez zaostale nezasićenosti koja bi inače postala najslabija karika.

Hidrogenirani izopren polimer EP ZL-D700 Pregledajte ZL-D700, zasićeni zvjezdasti EP polimer za poboljšanje indeksa viskoznosti maziva, modificiranje poliolefina, ljepila i brtvila gdje je otpornost na toplinu i oksidaciju važna. Pogledajte proizvod →

Kako industrija testira vremenske uvjete

Ubrzano trošenje ima smisla samo kada ispitni ciklus nalikuje primjeni. Vanjski ciklusi su topliji i vlažniji od unutarnjih, a unutarnji ciklusi često uključuju stakleni filtar za oponašanje stakla kabine. Uobičajene reference koje ćete vidjeti u specifikaciji uključuju:

• ISO 4892-2 i ASTM G155 izloženost ksenonskom luku, sa ili bez vodenog spreja
• ASTM G154 i ISO 4892-3 fluorescentno UV s UVA-340 lampama
• SAE J2527 i J1960 ciklusi eksterijera automobila
• Specifični ciklusi dobavljača koje su napisali pojedinačni proizvođači vozila

Rezultati se zatim ocjenjuju prema mjerljivim kriterijima: pomak boje izražen kao Delta E, ocjena sivih tonova, zadržavanje sjaja i zadržavanje vlačne čvrstoće i istezanja. Tipični cilj mogao bi zahtijevati najmanje osamdeset posto zadržavanja istezanja s pomakom boje ispod tri jedinice, ali brojevi se jako razlikuju između OEM-a i između unutarnjih i vanjskih zona. Površinska ljepljivost, pukotine pod savijanjem i gubitak prianjanja u prelijevanim dijelovima također se provjeravaju vizualno jer se često pojavljuju prije nego što se skupna svojstva pomaknu.

Navike obrade koje štite paket stabilizatora

Dobro formuliran spoj ipak može biti neuspješan ako ga postupak kažnjava. Praktične točke važne u proizvodnji:

1. Osušite higroskopna punila i masterbatcheve i pohranite elastomer u zatvorenoj ambalaži.
2. Koristite geometrije vijaka s umjerenim smicanjem i izbjegavajte dugo vrijeme zadržavanja na visokoj temperaturi taljenja.
3. Ravnomjerno raspršite masterbatch stabilizatora; neotopljeni aglomerati postaju lokalne slabe točke.
4. Pazite na omjere ponovnog mljevenja, budući da ponavljana termička povijest troši antioksidativni kapacitet.
5. Kontrolirajte zonu lijepljenja u dvosnimnim ili koekstrudiranim dijelovima, gdje može početi degradacija međupovršine.

Odabir partnera na duge staze

Učinak otpornosti na vremenske uvjete je svojstvo sustava, pa se vrijedi zapitati kako dobavljač zapravo kontrolira varijable. S naše strane, to znači sposobnost hidrogenacije u obiteljima SBS, SEBS, SEPS i EP, kontrolu postrojenja putem distribuiranog sustava upravljanja i osam faza inspekcije od unosa sirovina do gotovog proizvoda. Naša postdoktorska radna stanica i tim za istraživanje i razvoj provode mnogo svog vremena na dizajnu blok strukture i funkcionalizaciji kroz reaktivnu ekstruziju, što je upravo alat potreban kada kupac traži mekši tip s istom izdržljivošću na otvorenom.

Većina automobilskih projekata također treba dobavljača koji razumije da je specifikacija razgovor, a ne popis želja. Slanje ciklusa ekspozicije, debljine stijenke, boje i metode spajanja obično daje korisniji odgovor od slanja samog broja tvrdoće.

Praktični zahvati

• Počnite sa zasićenom okosnicom, a zatim dizajnirajte paket stabilizatora oko stvarne zone izloženosti.
• Tretirajte pigment, debljinu presjeka i površinsku obradu kao dio UV otopine, a ne kao ukras.
• Uskladite ubrzani test sa stvarnim okruženjem; unutarnji i vanjski ciklusi nisu zamjenjivi.
• Zaštitite formulaciju tijekom obrade jer termička povijest tiho troši zaštitu koju ste platili.
• Zadržite nezasićene stupnjeve za zaštićene dijelove i koristite ih tamo gdje je ekonomija važnija od sunčeve svjetlosti.

Ništa od ovoga nije komplicirano, ali nagrađuje rano planiranje. Kada se kemija polimera, sustav aditiva i procesni prozor odaberu zajedno, termoplastični elastomer stabiliziran na UV zračenje može ostati fleksibilan i vidljiv tijekom cijelog životnog vijeka vozila, a ne tijekom trajanja jamstvenog zahtjeva.