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三元乙丙橡胶在汽车用橡胶制品中的应用
文章来源:未知     点击数: 次     更新时间:2019-10-24 15:13

 EPDM(三元乙丙橡胶 )作为一种弹性好 、 耐磨 、耐热 、 耐气候 、 耐臭氧 、 耐淡水和海水性能非常好的橡胶 , 在汽车用橡胶制品中得到了广泛的应用 , 如用于门窗密封条 、 液压制动软管和密封圈 、 空调通风管道 、 发动机冷却系统和空调制冷系统中的密封件 、输送冷却液的软管等 。

EPDM 橡胶属于非极性 、 饱和结构 。所谓 “非极性 ”,即组成高聚物的分子内部不含有极性基团 。所谓 “饱和 ”,即组成高聚物的分子内部不含有双键 。

一般来讲  橡胶和热塑性弹性体可分为 “极性 ”与“非极性 ”,以及 “饱和 ”与 “非饱和 ”几种结构 。分子本身含有极性基团的材料一般为 “极性 ”材料 。“极性 ”结构决定了高聚物抗溶剂能力 , 一般遵循相似相溶原则 , 即极性溶剂溶解或溶胀极性高聚物 , 反之亦然 。“饱和 ”结构与高聚物的耐大气老化 (氧化 )能力有关 。若高聚物分子中含有双键 , 因双键易被氧化 , 所以该高聚物不稳定 , 易降解 。所以作为 “非极性 ”的 EPDM, 耐极 性介质 , 如热 水 及 蒸 汽 、 洗 涤剂 、有机和无机酸 、 极性溶剂 (如乙醇 、丙酮 、酯等 )、乙二醇基刹车油等 。而不耐非极性介质 , 如矿物油 、汽油 、 动植物油脂 、 硅油等 , 而被广泛用于乙二醇基刹车油 (SL-DOT4 )系统 、 含有防冻液的发动机冷却系统 ;作为 “饱和 ”的 EPDM, 具有极好的耐臭氧性和耐天候性 , 广泛用于制作与空气 、 水等接触的密封条和管道 。EPDM 在汽车上使用温度一般为-40 ℃至 120℃。下面具体介绍三元乙丙橡胶制品在汽车上的使用情况 、 其相应的材质性能要求以及常见的失效情况分析 。

 、在汽车密封条制品中的应用

绝大部分汽 车密封条是 利用挤出设 备生产的断面一致 、长度无限长的制品 (使用时  根据需要长度截取 ), 有少部分是利用硫化模具生产的不规则制品 。挤出类产品的加工工艺为 :配料 → 橡胶 混炼→多种材料 (可能包括 :硬胶 、软胶 、海绵胶 、彩胶 、金属骨架 、加强线等 )复合挤出→加热硫化 (可能为 :热空气硫化 、 硫化罐硫化 、 微波硫化 、玻璃微珠沸腾床硫化 、盐浴硫化等 )→ 后加工 (裁断 、 硫化接头 、静电植绒 、表面泛涂 、粘接等 )。它被广泛应用于汽车前后风挡 、车门 、 车窗 、发动机舱 、后备箱等部位 , 用来填补车身部件之间的间隙 , 具有减震 、 防水 、防尘 、隔音 、装饰 、 保护司乘人员等功能 。此类产品接触的主要是阳光 、 水 、臭氧 , 使用温度在 -40 ℃~100℃ , 短期耐热温度可达 125℃。

用于橡胶密封条的 EPDM 材料一般硬度 (邵氏 A)在 4090 之间选择 ;其拉伸强度应在 7MPa 以上 ;拉断伸长率一般在 150%500%;压缩变形 (85℃, 22h)应小于 45%;耐撕裂强度应大于 5N/m;耐臭氧老化 (50pphm,拉伸 20%, 72h)应无裂纹 ;氙灯老化 (采用氙灯 1200 设备 , 相对湿度 80%95%, 黑板温度55℃~60℃,1000h)其拉伸强度和伸长率的下降不能超过 15%;其玻璃化转变温度 (TR)最大为 -50 ℃;热老化试验 (100℃,70 h),其硬度变化应为 ±5, 拉伸强度变化应为±15%, 伸长率的下降不能超过 30%

一般情况下  采用 EPDM 材料生产的汽车密封条使用寿命可达十几年 。但在实际生产和应用中 ,也遇到过门窗密封条在装车一年后表面开裂 、 失去密封性能 、 表面泛霜等失效现象 。对表面开裂的产品进行检测 , 其耐臭氧试验 20 小时后即产生裂纹 ,达不到标准要求 。后经查这批不合格产品 , 系配方错误 (三元乙丙橡胶含量较少 )所致 ;对橡胶密封条表面泛霜 (bloom)原因分析 :(1)配方设计不当 。配料中的硫黄 、 促进剂 、 活性剂 、防老剂等 , 因饱和泛出 ;无机碳酸钙填料应力泛出 。(2)混炼工艺操作不当 ,时间过短 , 造成填料分散不均匀 ,局部超过饱和度 。通过修改配方 、 增加混炼时间 , 最终使泛霜问题得以解决 。

 EPDM在液压制动用软管和圆密封圈中的应用     

利用 EPDM 耐制动液 (DOT3DOT4、 DOT5(硅油基 ))的特性 , 用于液压制动软管内胶层和制动泵中的密封圈的制作 。此类产品接触的主要介质是制动液 , 使用温度在 -40 ℃~120℃之间 , 短期耐热温度可达 135℃。   

此类零     EPDM, 硬 度 (邵 氏 A)为 80;其拉伸强度应在 10.5MPa 以上 ;断裂伸长率一般在175% 以 上 ;在 伸 长 率50% 下 的 定 伸 应 力 为 2.54MPa;在伸长率 100% 下的定伸应力为 8MPa 以上 ;压缩变形 (100℃,22 h)应小于 40%;其玻璃化转变温度 (TR)最大为 -50 ℃;耐臭氧 老 化 (50pphm,拉 伸20%, 72h)应无裂纹 ;制动液试验 (将试样放于制动液中 ,150℃, 70h)其硬度变化应为 5, 拉伸强度变化应为 ±20%, 伸长率变化应为 -15% 20%, 体 积改变应在±5%;热化试验 (125℃, 70h),其硬度变化应为 ±5, 拉伸强度变化应为 ±15%, 伸长率的下降不能 超过 15%

在离合器泵 装车时  曾经 发生过一起 质量问题 :离合器泵在装车后不久  即产生制动液 DOT3)渗漏 , 离合器操作失效现象 , 对离合器泵拆解 , 发现橡胶皮碗严重溶胀 、 变形 。为了分析失效原因 , 到装车现场检查 。所使用的制动液符合标准要求 , 而使用的离合器泵以前未出现过问题 。检查装油现场 ,所使用的油提子有混用现象 , 即油提子可以装制动液 , 也可以装液压油 。这就是症结所在 。因为 , 制动液 (DOT3, 俗称刹车油 ),属醇和醚型 , 而液压油属矿物油型和合成烃型 , 两种液体性质不同 , 前者对离合器泵中的 EPDM 橡胶皮碗无溶胀作用 , 而后者对EPDM 橡胶皮碗有严重的溶胀作用 。

 EPDM在暖气、通风和空调管中的应用

橡胶管一般分三层构成, 即内层、 中间 加强层(化纤织物或钢丝)及外层。三层所用材料应根据实际要求进行选择。内层胶应耐所送介质的腐蚀, 外层胶应具有机械强度, 且适应外部所接触的环境。因此    外胶常常不是一种橡胶。化纤织物主要用作低压管, 而金属编织物用于高压和超高压管。EPDM 已广泛用于暖气和通风管的内外胶层、空调软管的外胶层, 这是因为该材料具有很好的耐空气 、 水 、 臭氧 、 阳光老化性和低温柔软性。

       EPDM, 硬 度 (邵 氏 A)为 70;其拉伸强度应在 10.5MPa 以上 ;断裂伸长率一般在300%以上 ;压缩残余变形 (100℃,22 h)应小于 40%;其玻璃化转变温度 (TR)最大为 -45 ℃;耐臭氧老化(50pphm,拉伸 20%, 72h)应无裂纹 ;IRM902 号油试验 (将试样放于 IRM902 号油中 , 100℃,70h)其硬度降低最大为 15, 拉伸强度降低最大为 30%, 撕裂强度降低最大为 30% , 体积改变应在 80%之内 ;热老化试验 (125℃,70 h),其硬度变化应为 ±5, 拉伸强度变化应为±15%, 伸长率的下降不能超过 40%

 EPDM 在拉带中的应用      

此类零件  主要用于轮罩 之间的联接  电瓶箱盖的紧固等  它能承受较高的动态和机械负荷  在使用过程中始终处于张紧状态。此类产品接触的主要是阳光 、水  臭氧  使用温度在 -40 ℃~85℃, 短期耐 热温度可达 100℃。

用于制作此类零件的 EPDM 材 料 , 硬度 (邵氏A)一般为 6080;其拉伸强度应在 14MPa 以上 ;断裂伸长率一般在 200%400%;撕裂强度应大于 7N/m;压缩 残余变形 (85℃, 22 h)应 小于 45% ;压 缩 残余 变 形 (-20 ℃ , 22h) 应 小 于 45%;耐 臭 氧 老 化(50pphm,拉伸 20%, 72h)应无裂纹 ;氙灯老化 (采用氙灯 1200 设 备 , 相 对 湿 度 80%95% , 黑 板 温 55℃~60℃,1000h)其拉伸强度和伸长率的下降不能超过 15%;其玻璃化转变温度 (TR)最大为 -50 ℃;热老化试验 (100℃,70h),其硬度变化应为 ±75, 拉伸强度变化应为 ±15%, 伸长率的下降不能超过 40%

蓄电池盖拉带断裂  护轮罩拉带表面裂纹是在装车半年后产生的现象 。经对失效产品进行拉伸强度 、撕裂强度  臭氧老化试验 实际达到的结果分别为拉伸强度 8.5MPa、 撕裂强度 5N/m、 臭氧老化 42小时出现裂纹 , 皆达不到标准要求 。个别拉带生产厂家对橡胶配方的重要性理解不够 , 认为只要是三元乙丙橡胶制成的橡胶拉带就可以 , 其实因配方不同 ,其产品性能可能相差甚远 。

 EPDM在发动机冷却系统和空调制冷系统密封件中的应用

EPDM 用于制作发动机冷却系统中的密封圈。此类产品接触的介质是防冻液、 阳光 、 水 、 臭氧 , 使用温度在 -40 ℃~125℃, 短期耐热温度可达135℃。

此类零件采用的EPDM, 硬度(邵 氏 A)为 6080(制冷系统中应用的圆密封圈为75);其拉伸强度应在 10.5MPa 以上 ;断裂伸长率一般在175%以上 ;在伸长率50%下的定伸应力为12MPa;在伸长率100% 下 的 定 伸 应 力 为 25MPa 以 上 ;压 缩 变 形(150℃, 22 h)应小于 20%;其玻璃化转变温度 (TR)最大为 -50 ℃;耐臭氧老化 (50pphm,拉伸 20%, 72h)应无裂纹 ;对于发动机冷却系统中应用的密封件应进 行 冷 却 液 试 验 (将 试 样 放 于 防 冻 液 中 , 150℃ ,166h, 试验压力约 0.4MPa),其硬度变化应为 ±5, 拉伸强度变化应为 ±20%, 断裂伸长率变化应为 -15% 20%, 体积改变应在 ±5%;对于空调系统中应用的密封件 , 应进行制冷剂试验 (将试样放于 PAGND8 制冷剂中 , 100℃, 70h)其硬度变化最多为 ±5, 拉伸强度变化最多为 ±20%, 断裂伸长率变化最多为 -15% ~ 20%, 体积改变应在±5%之内 ;热老 化试验 (150℃,70h), 其硬度变化应为 ±5, 拉伸强度下 降应小于10%, 伸长率的下降不能超过 10%

 EPDM在输送冷却液软管中的应用      

EPDM 用于制作发动机用水管 , 其内 、 外胶层均采用 EPDM 材料制造 。此类产品接触的介质是防冻液 、 阳光 、 水 、臭氧 , 使用温度在 -40℃~125℃, 短期耐热温度可达 150℃。

此类      EPDM, 硬 度 (邵 氏 A)为 65;其 拉 伸 强 度 应 在 10.5MPa 以 上 ;断 裂 伸 长 率 在300%以上 ;在伸长率 50%下的定伸应力为 12MPa;伸长率 100%下的定伸应力为 24.5MPa 以上 ;压缩残余变形 (100℃, 22 h)应小于 20%;其玻璃化转变温 度 (TR)最大为 -50 ℃;耐 臭 氧 老 化 (50pphm,拉伸 20%, 72h)应无裂纹 ;冷却液试验 (将试样放于防冻 液 中 , 150℃ , 166h, 试 验 压 力 约 0.4MPa),其 硬 度变化应为 ±5, 拉伸强度变化应为 ±20%, 断裂伸长率变化应为 -15%20%, 体积改变应在 ±5% ;热老化试验 (150℃, 70 h),其硬度变化应为 ±5, 拉伸强度下降应小于 10%, 伸长率的下降不能超过 10%

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