UV stabilizovaný termoplastický elastomer pro automobilový trh: Praktický průvodce

Parkoviště v červenci je jednou z nejtvrdších odolných laviček v automobilovém průmyslu. Povrchové teploty na tmavém přístrojovém panelu šplhají vysoko nad okolní teplotu a ultrafialové záření stále působí na každý polymerový řetězec, na který dosáhne. Díly, které na začátku výroby vypadaly bezchybně, se mohou během několika let změnit na křídové, lepkavé nebo viditelně světlejší. To je důvod, proč se termoplastický elastomer stabilizovaný proti UV záření přesunul z přehledné řady na technickém listu k pevnému požadavku ve většině specifikací automobilových materiálů.

Termoplastické elastomery si vydobyjí své místo ve vozidlech, protože kombinují gumový pocit s termoplastickým zpracováním: žádný vulkanizační krok, krátké doby cyklů a odpad, který lze často přebrousit. Ale ne každý TPE stárne stejně venku. Rozdíl obvykle spočívá ve dvou věcech, v nasycení polymerové páteře a kvalitě stabilizačního balíčku, který je kolem ní postaven. Pochopení obojího činí výběr stupně mnohem předvídatelnějším.

Proč je UV stabilita nyní nákupním kritériem

Zvětrávání bývalo problémem někoho jiného. Vnější obložení bylo kovové nebo silně vyplněné plastem, vnitřky byly potaženy PVC kůží a nikdo nečekal, že těsnění zůstane hezké patnáct let. Dnes se TPE objevuje na místech, kde se sluneční světlo, teplo a mechanické namáhání spojují:

• Vnější těsnící profily, skleněné kanály, lemování pásů a deflektory vody
• Rozšíření podběhů kol, podložky střešních nosičů, zástěrky a těsnění nabíjecích portů na elektrických vozidlech
• Potahy přístrojové desky, kryty rolet dveří, víka konzoly a měkké rukojeti uvnitř kabiny
• Airbag je pokryt lisovanými slznými švy, kde stárnutí mění chování při roztržení

Tři trendy posunuly požadavek nahoru. Části stěn se staly tenčí, aby se ušetřila hmotnost, což ponechává méně materiálu na absorbování dané dávky UV záření. Barvy se posunuly směrem k hluboké černé a sytým tónům, které skrývají nečistoty, ale jsou také teplejší. A záruční očekávání se prodloužila, takže část se nyní posuzuje podle toho, jak vypadá v roce deset, nikoli podle toho, jak vypadá ve třetím měsíci.

Co vlastně UV stabilizace zahrnuje

TPE odolný vůči povětrnostním vlivům není produktem jedné zázračné přísady. Jde o systém se třemi obrannými liniemi pracujícími najednou.

1. Chemie páteře. Nasycený střední blok má mnohem méně reaktivních míst než nenasycený, takže řetězec odolává oxidaci dříve, než se vezme v úvahu jakákoli přísada.
2. Balíček stabilizátoru. Primární a sekundární antioxidanty chrání taveninu a životnost, bráněné aminové světelné stabilizátory přerušují fotooxidační cyklus a UV absorbéry stíní vysokoenergetické záření dříve, než dosáhne citlivých vazeb.
3. Povrch a pigment. Saze a dobře zvolené pigmentové systémy chrání objem polymeru, zatímco matný nebo potažený povrch mění viditelnost degradace.

Protože TPE je spíše složený materiál než jedna pryskyřice, může se stejný základní polymer chovat zcela odlišně ve dvou formulacích. To je praktický důvod, proč prodiskutovat expozici konečného použití s ​​dodavatelem materiálu spíše než srovnávat samotné datové listy.

Páteř na prvním místě: Proč hydrogenované střední bloky stárnou pomaleji

Styren-butadienové blokové kopolymery nesou polybutadienový střední blok se zbytkovými dvojnými vazbami. Tyto alylické pozice jsou přesně tam, kde kyslík a UV energie preferují útok, čímž vzniká směs síťování a štěpení řetězce. Viditelným výsledkem je obvykle křídování, posun barvy a praskání povrchu, které se objeví v okamžiku, kdy je díl ohnut.

Hydrogenace odstraní většinu těchto dvojných vazeb a přemění střední blok na nasycený pryžový segment. Hydrogenovaný blokový kopolymer styrenu a butadienu (SEBS) a hydrogenovaný kopolymer styrenu a isoprenu (SEPS) udržují termoplastickou dvoufázovou strukturu a formulátorům poskytují mnohem tišší polymer pro práci. Hydrogenovaný isoprenový polymer (EP) jde dále v jiném směru, protože nenese žádné polystyrenové bloky a chová se spíše jako nasycený modifikátor než jako samostatný termoplastický elastomer. Chemie stojící za těmito rozdíly a jak se promítá do odolnosti vůči oxidaci, je podrobněji popsána v naší poznámce o jak blokové kopolymery reagují na vystavení UV záření a degradaci životního prostředí .

Hydrogenovaný styren-butadienový blokový kopolymer (SEBS) H-Series Podívejte se na třídy SEBS ZHOPOLY H-Series pro hydrogenované termoplastické elastomery SBS používané v úpravě plastů, obuvi, TPE, fóliích a lékařských produktech. Zobrazit produkt →

Porovnání hlavních možností pro automobilový průmysl

Níže uvedená tabulka je výchozím bodem pro konverzaci, nikoli specifikací. Tvrdost, obsah oleje a obsah stabilizátoru značně posouvají hranice.

Nenasycené druhy jsou stále dokonale rozumné tam, kde sluneční světlo nikdy nedorazí. Vložka podběhu kola nebo podložka do nákladového prostoru, která je umístěna pod ozdobným panelem, nepotřebují nejdražší stabilizační systém v katalogu. V těchto aplikacích může být sloučenina na bázi SBS ekonomickou volbou za předpokladu, že specifikace nevyžaduje také dlouhé tepelné stárnutí.

Styren-butadienový blokový kopolymer řady Zhongli SBS Prohlédněte si třídy Zhongli SBS pro nenasycené styrenové elastomery v modifikaci asfaltu a polymerů, lepidel, obuvi a těsnění, kde jsou požadavky na stárnutí UV zářením a teplem nižší. Zobrazit produkt →

Mnoho automobilových TPE není vůbec formováno jako čistý elastomer. Jsou to směsi, ve kterých je hydrogenovaný blokový kopolymer dispergován do polypropylenu nebo TPO matrice, a proto s námi zpracovatelé často spolupracují na plastická úprava a rázové zpevnění spíše než na samotných elastomerových částech.

Skládání detailů, které rozhodují o tom, zda díl přežije deset let

Výběr stabilizátoru není hra s čísly

Přidání více bráněného aminového světelného stabilizátoru není automaticky lepší. Typy HALS se liší zásaditostí a vysoce zásadité typy mohou špatně interagovat s kyselými zbytky, halogenovanými retardéry hoření nebo určitými úpravami pigmentů. UV absorbéry z rodiny benzotriazolů fungují dobře v tenkých řezech a světlých barvách, zatímco černé části plněné uhlíkovou černí často více spoléhají na HALS plus primární antioxidant. Thio-synergisty zlepšují dlouhodobé tepelné stárnutí, ale mohou působit proti stabilitě světla, takže vyvážení musí být vyladěno pro aktuální profil expozice.

Barva vše změní

Světle béžové obložení sloupku a těsnění s černým pásem čelí stejnému slunci, ale degradují jinak. Světlé části téměř okamžitě žloutnou, takže na stínících absorbérech záleží více, zatímco silné černé části závisí na stabilitě povrchu a zachování lesku. Kovové a efektní pigmenty příležitostně obsahují katalytické zbytky, které urychlují oxidaci, což je jeden z důvodů, proč by měly být zpracovateli sdělovány druhy pigmentů.

Migrace, mlžení a vzduch v kabině

Specifikace interiérů automobilů stále více omezují těkavé a kondenzovatelné emise. Přísady, které jsou dostatečně pohyblivé, aby vykvetly na povrch, mohou pomoci krátkodobému sklouznutí nebo uvolnění, ale mohou ohrozit výsledky zamlžování a zanechávat na skle zamlžený film. Přizpůsobení stálosti přísad tepelné historii součásti je součástí konstrukční práce, nikoli dodatečným nápadem.

Aplikace pod kapotou a těsnění: Jiný profil napětí

Ne každý automobilový problém s povětrnostními vlivy zahrnuje sluneční záření. Pod kapotou jsou dominantními stresory teplo, kyslík, olej, chladivo a ozón, často v cyklické kombinaci. Přímé UV záření je omezené, ale tepelná oxidace probíhá rychleji a je viditelná jako ztvrdnutí, stlačení nebo prasknutí na sevřené hraně. Plně nasycené polymery, jako je EP, jsou zde atraktivní, protože tolerují trvale zvýšenou teplotu bez zbytkové nenasycenosti, která by se jinak stala nejslabším článkem.

Hydrogenovaný izoprenový polymer EP ZL-D700 Recenze ZL-D700, nasycený hvězdicový EP polymer pro zlepšení indexu viskozity maziva, modifikaci polyolefinů, lepidla a tmely, kde záleží na odolnosti vůči teplu a oxidaci. Zobrazit produkt →

Jak průmysl testuje zvětrávání

Zrychlené zvětrávání má smysl pouze tehdy, když testovací cyklus připomíná aplikaci. Vnější cykly jsou teplejší a vlhčí než vnitřní a vnitřní cykly často zahrnují skleněný filtr, který napodobuje zasklení kabiny. Mezi běžné reference, které uvidíte ve specifikaci, patří:

• ISO 4892-2 a ASTM G155 vystavení xenonovému oblouku, s nebo bez vodní sprchy
• ASTM G154 a ISO 4892-3 fluorescenční UV s lampami UVA-340
• Automobilové exteriérové cykly SAE J2527 a J1960
• Cykly specifické pro dodavatele napsané jednotlivými výrobci vozidel

Výsledky jsou poté posuzovány na základě měřitelných kritérií: barevný posun vyjádřený jako Delta E, stupnice šedi, zachování lesku a zachování pevnosti v tahu a prodloužení. Typický cíl by mohl požadovat alespoň osmdesátiprocentní zachování prodloužení s barevným posunem pod tři jednotky, ale čísla se mezi výrobci originálního vybavení a mezi vnitřními a vnějšími zónami značně liší. Přilnavost povrchu, praskání pod ohybem a ztráta adheze u nalisovaných dílů jsou také kontrolovány vizuálně, protože se často objevují dříve, než se změní objemové vlastnosti.

Návyky zpracování, které chrání balíček stabilizátorů

Dobře formulovaná sloučenina může stále selhat, pokud ji proces potrestá. Praktické body, které jsou důležité při výrobě:

1. Vysušte hygroskopická plniva a předsměsi a skladujte elastomer v uzavřených obalech.
2. Používejte geometrie šroubů s mírným smykem a vyhněte se dlouhé době zdržení při vysoké teplotě taveniny.
3. Dispergujte předsměsi stabilizátorů rovnoměrně; neroztavené aglomeráty se stávají místními slabými místy.
4. Sledujte poměry přebroušení, protože opakovaná tepelná historie spotřebovává antioxidační kapacitu.
5. Kontrolujte lepicí zónu ve dvou nebo koextrudovaných částech, kde může začít degradace rozhraní.

Výběr partnera na dlouhou dobu

Výkon proti povětrnostním vlivům je vlastností systému, takže stojí za to se ptát, jak dodavatel vlastně řídí proměnné. Na naší straně to znamená schopnost hydrogenace napříč rodinami SBS, SEBS, SEPS a EP, řízení závodu prostřednictvím distribuovaného řídicího systému a osm kontrolních stupňů od příjmu suroviny až po hotový produkt. Naše postdoktorandské pracoviště a tým výzkumu a vývoje tráví většinu času návrhem a funkcionalizací blokové struktury prostřednictvím reaktivního vytlačování, což je přesně ta sada nástrojů, kterou potřebuje zákazník, když zákazník požaduje měkčí třídu se stejnou venkovní odolností.

Většina automobilových projektů také potřebuje dodavatele, který chápe, že specifikace je konverzace, nikoli seznam přání. Zaslání expozičního cyklu, tloušťky stěny, barvy a způsobu spojování obvykle poskytuje užitečnější odpověď než zaslání samotného čísla tvrdosti.

Praktické věci s sebou

• Začněte s nasycenou páteří a poté navrhněte balíček stabilizátoru kolem skutečné expoziční zóny.
• Pigment, tloušťku průřezu a povrchovou úpravu zacházejte spíše jako součást UV roztoku než jako dekoraci.
• Přizpůsobte zrychlený test reálnému prostředí; vnitřní a vnější cykly nejsou zaměnitelné.
• Chraňte přípravek během zpracování, protože tepelná historie tiše spotřebovává ochranu, za kterou jste zaplatili.
• Uchovejte nenasycené třídy pro chráněné díly a používejte je tam, kde na ekonomice záleží více než na slunečním záření.

Nic z toho není složité, ale odměňuje to včasné plánování. Když jsou polymerní chemie, aditivní systém a procesní okno vybrány společně, UV stabilizovaný termoplastický elastomer může zůstat flexibilní a reprezentativní po dobu životnosti vozidla, spíše než po dobu záruční reklamace.