رفتن به مطلب
EN-EZEL

تمايل صنعت خودرو به استفاده از tpe در توليد نوارهاي آب‌بندي

پست های پیشنهاد شده

نويسنده : محمد اسفنديار - علي فرشيدفر TPEها گروهي از مواد هستند كه نقش پل ارتباطي بين ترموپلاستيك‌ها و ترموست رابرها را ايفا مي‌كنند كه به‌صورت مواد آماده به مصرف (مستربچ) در اختيار توليدكنندگان قرار مي‌گيرند. قطعات توليد شده با اين مواد در محدوده سختي بين 35 ShoreA تا 50Shore D قرار مي‌گيرند.

در سال‌هاي اخير، رشد توليد و مصرف بسيار بالاتري نسبت به سال‌هاي آغازين توليد آنها (اوايل دهه ميلادي) مشاهده مي‌شود كه يكي از مهم‌ترين بازارهاي رشد، مصرف آنها در صنعت خودرو است. از جمله كاربردهاي اين مواد در صنعت خودرو مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

- Glass run channels

-Hood-to-cowl seals

-Hood-to-radiator seals

-Belt line seals

-Roof gutter seals

-Glass encapsulation applications

سير مواد نوارهاي آب‌بندي در صنعت خودرو به شكل زير است:

Flocked Cloth => Latex => SBR => EPDM => TPV

الزامات جديد صنعت خودرو نظير: كاهش وزن، كاهش قيمت، آزادي در طراحي، رنگ‌پذيري، خواص ظاهري و امكان استفاده مجدد تمايل به مصرف TPEها بجاي رابرهاي سنتي را افزايش داده است.

قيمت تمام شده قطعات TPE، به رغم قيمت مواد اوليه بالاتر نسبت به كامپاندهاي رابري سنتي، به دليل تكنولوژي فرايندي اقتصادي‌تر، پايين‌تر است.

كاهش قيمت، ناشي از كاهش وزن قطعه، زمان كوتاهتر فرايند، ضايعات كمتر، بازيافت ضايعات و انعطاف طراحي است. بالاتر از همه اين فوايد، TPEها مواد زيست سازگار هستند.

نماهاي كليدي TPEها و دسته‌بندي

تقريباً تمامي TPEهاي تجاري‌شده، داراي نماي عمومي واحدي هستند. همگي آنها، داراي سيستم‌هاي فازي مجزا هستند كه يكي از فازها، در دماي اتاق، سخت است و ديگري نرم و الاستومري.

فاز سخت به TPEها استحكام مي‌دهد و وقتي در ماشين‌هاي ترموپلاستيك ذوب مي‌شوند، ويژگي فرايندپذيري را به آنها مي‌دهد. فاز نرم به TPEها الاستيسيته و كارايي رابري مي‌دهد.

در واقع اين مواد، مشابه ترموپلاستيك‌ها فرايند مي‌شوند، اما خواص فيزيكي مشابهي با الاستومرها دارند. اين قطعات را مي‌توان با فرايندهاي اكستروژن، قالبگيري دمشي، قالبگيري تزريقي يا فشاري و بدون نياز به مرحله زمان بر پخت لاستيك‌ها، تهيه كرد. حذف زمان لازم براي ولكانيزاسيون، مزاياي زيادي را در پي خواهد داشت. ضمن اينكه اين مواد، از قابليت فرايندشدن مجدد و جوش خوردن برخوردارند.

توانايي TPEها در پيدا كردن مكرر حالت سيالي (وقتي كه گرم مي‌شوند) و حالت جامد (وقتي كه سرد مي‌شوند) توانايي توليد قطعات شبه رابري با ماشين‌هاي صنعت پلاستيك را به سازندگان مي‌دهد. ضايعات آنها نيز معمولاً دوباره خرد شده و مصرف مي‌شوند. گفتني است كه براي دستيابي به يك ترموپلاستيك الاستومر قابل فرايندشدن، به حداقل 25درصد وزني رزين پلي‌الفيني نياز است.

استفاده از فرايند سريع ترموپلاستيك‌ها، زمان كوتاه فرايند توليد، نرخ پايين ضايعات، اتوماسيون بالا و هزينه‌هاي پايين كارگري، از جمله مزيت‌هاي توليد با TPEها براي توليدكنندگان است.

در بازار، خانواده‌هاي گوناگوني از TPEها شناخته شده‌اند، بنابراين دسته‌بندي شيميايي آنها مفيد خواهد بود.

مهم‌ترين گروه TPEها، ولكانيزه‌هاي ترموپلاستيكي هستند كه EPDM كاملاً ولكانيزه شده در ماتريس PP پخش شده است. اتصالات عرضي فاز رابري معمولاً از طريق ولكانيزاسيون ديناميكي انجام مي‌شود. در واقع مقادير كمي از يك سيستم پخت در حال اختلاط مذاب، به مخلوط اضافه مي‌شود كه باعث ولكانيزاسيون در جاي ذرات متفرق لاستيك خواهد شد. نكته مهم اين است كه عمل اختلاط بايد بدون وقفه و تا وقوع ولكانيزاسيون اتفاق افتد. اگر پس از اتمام اختلاط، باز هم پخت قابل ملاحظه‌اي انجام شود، ممكن است ماده ترموست غيرقابل فرايندي به‌دست آيد.

توزيع فاز نرم رابري در فاز سخت PP، توازني عالي از خواص شبه رابري و فرايندپذيري ترموپلاستيكي را نتيجه مي‌دهد.

محصولات بر پايه EPDM، كاملاً ولكانيزه شده و به عنوان TPV,TPE-V, EPDM-X+PP شناخته مي‌شوند كه داراي بالاترين قابليت براي جايگزيني مواد رابري ترموپلاستيك در قطعات صنعت خودرو، نظير نوارهاي آب‌بندي هستند. مهم‌ترين برند در اين دسته از TPEها، برند SANTOPRAN است.

در جدول شماره1، دسته‌بندي كلي TPEها ارائه شده است.

جدول1: گونه‌هاي مختلف TPE

CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C57%5C714906378881120.jpg&X=429&Y=664

نوارهاي آب‌بندي

نوارهاي آب‌بندي در تمامي خودروها، دور همه درها و شيشه‌ها را پر مي‌كنند و نقش اصلي آنها، ايجاد آسودگي و امنيت داخل خودرو در برابر باد، باران، نويز و آب ناشي از شست‌و‌شوي خودرو است. آنها همچنين در زيبايي و سازگاري تزييني با طراحي كلي خودرو نقش دارند.

در حال حاضر، عمده توليد نوارهاي آب‌بندي با الاستومر EPDM است. بر طبق آمار منتشره، بازار جهاني نوارهاي آب‌بندي سالانه حدوداً 500هزار تن مواد الاستومري مصرف مي‌كند كه 90درصد اين ميزان را EPDM به خود اختصاص مي‌دهد. اين نوارها، علاوه بر اينكه فاقد امكان فرايند مجدد هستند، در توليد پروفيل آنها (بويژه در نوارهاي آب‌بندي ديناميكي) به منظور نگهداري شكل و جلوگيري از سهولت دمونتاژ، از فلز وتجهيزات فرم‌دهي به عنوان بخشي از سطح مقطع، استفاده مي‌شود.

توليدكنندگان TPE معتقدند كه محصول آنها مي‌تواند نوارهاي آب‌بندي توليد كند كه بين 20 تا 30درصد كاهش وزن داشته و بجاي استفاده از فلزات مختلف، از يك ستون ترموپلاستيك الفيني با درصد انقباض طولي بسيار پايين، به عنوان بخش «ساليد» كه بر روي خودرو نصب مي‌شود و يك لبه ترموپلاستيك الاستومري (TPV) كه سطح آب‌بندي‌كننده است، استفاده كند.

يكي از مزاياي توليد نوارهاي آب‌بندي با TPEها نسبت به EPDM، توليد نوار با مدول 30درصد بالاتر در سختي مشابه و تلرانس توليد 3 برابر دقيقتر، است. براي توليد نواري با نيروي مونتاژ و دمونتاژ مشابه، مي‌توان 15 تا 20درصد از مواد مصرفي را كاهش داد. همچنين با استفاده از گريدهاي مناسب TPE، مي‌توان تا 30درصد كاهش تقريبي چگالي نسبت به EPDM را به دست آورد.

از ديگر پتانسيل‌هاي مزيتي توليد با TPE، اكستروژن همزمان TPEها (برخي از گريدها) با پوشش لغزنده روي آن و همچنين استفاده مجدد از قطعات برگشتي از خودروساز به تامين‌كننده است.

از معايب TPEها، مانايي فشاري بالاي آنها نسبت به EPDM است كه در گريدهاي اخير TPEها، مانايي فشاري 30درصد و حتي پايين‌تر از EPDM (تا 20درصد در 22ساعت و 70درجه سانتي‌گراد) نيز مشاهده شده است.

نوارهاي آب‌بندي استاتيك

اين نوارها به منظور آب‌بندي، به‌طور دائمي تحت تنش ثابت قرار داشته و دچار تنش‌هاي ديناميكي نمي‌شوند. نمونه آنها عبارتند از: گروه نوارهاي دور شيشه جلو و عقب و نوارهاي تزييني نظير زه‌هاي بالاي سقف، زه‌هاي دور بدنه و نوارهاي دور شيشه بالاي سقف. مهم‌ترين عامل، تنش ثابت در طول زمان است. به منظور طراحي بهينه سطح مقطع اين نوارها، اندازه‌گيري‌هاي آسودگي انجام مي‌شود.

تجاري‌سازي توليد اين نوع از نوارها با TPE از اوايل دهه 80ميلادي صورت پذيرفته است كه كاهش قيمت بسيار مناسبي (اطلاعات منتشر نشده تا 30درصد) را نشان داده است.

اغلب اين نوارها، پروفايل‌هايي دو جزيي هستند كه جزء سخت آن PP و لبه نرم آنها (EPDM-X+PP) است. اين تركيب، در مقايسه با سيستم‌هاي EPDM به دليل هم‌افزايي موثر بين جنس پلاستيك (PP) براي پايه ساليد و TPE براي لبه، آن هم با طراحي بهينه، اقتصادي‌تر است.

فرصت ديگر رشد اصلي در سيستم آب‌بندي استاتيك براي TPEها، فرايند ENCAPSULATION شيشه‌ها (در واقع توليد مستقيم پروفايل‌ها روي شيشه) است. براي اين كار مي‌توان از دو فرايند استفاده كرد:

1. قالبگيري تزريقي

2. اكستروژن رباتيك

هر دو فرايند مي‌بايستي محصولي ارائه دهند كه كمترين شكست شيشه را داشته و آب‌بندي خوبي را انجام دهد. يكي از نمونه‌هاي ENCAPSULATION شيشه با TPEها، در مرسدس كلاس M قابل مشاهده است.

نوارهاي آب‌بندي ديناميك

اين نوارها تحت تنش ديناميك (باز و بسته شدن درب‌ها و يا بالا و پايين آمدن شيشه‌ها) قرار دارند. نمونه اين دسته از نوارها، عبارتند از: آبگيرها و گردگيرهاي بيروني و دروني، نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه، سيستم‌هاي آب‌بندي دور درهاي جانبي و دور صندوق يا اتاق باز كه داراي بحراني‌ترين كاربردها با بالاترين سطح كارايي هستند. از آنجا كه اين سيستم‌ها با تناوب در تغيير شكل و آسودگي مواجه هستند، ميزان مانايي فشاري آنها در دماهاي متفاوت، عاملي تعيين‌كننده است.

تست‌هاي آزمايشگاهي انجام شده بين TPEهاي مهندسي و EPDM نشان داده است كه در دماهاي بالاتر نظير 70 تا 100درجه سانتي‌گراد، TPEهاي كاملاً كراس لينك شده (EPDM-X+PP) نتايج مانايي فشاري قابل رقابت با EPDM را از خود نشان مي‌دهند. از سوي ديگر، عامل زمانمندي كه به عنوان نقطه ضعف EPDM شناخته مي‌شود، با جايگزيني TPE در توليد نوارهاي آب‌بندي، مرتفع مي‌شود.

در اندازه‌گيرهاي موازي، ثابت شده است كه طراحي پروفايل‌هاي رابري ترموست EPDM را مي‌توان به‌وسيله TPEها و به منظور رسيدن به بالاترين سطح كارايي، بهينه كرد. نتايج بررسي‌هاي آزمايشگاهي و شرايط واقعي نشان داده است كه TPEهاي مهندسي با كارايي بالا، مواد ايده‌آل براي توليد نوارهاي BELT LINE (آبگيرهاي بيروني و گردگيرهاي داخلي) است.

از BELT LINEها به عنوان تركيبات سخت/نرم طراحي شده از TPEها استفاده مي‌شود. قسمت سخت، ساختاري براي سهولت مونتاژ را مهيا كرده و مي‌تواند از PP تقويت شده يا ABS نيز توليد شود. لبه آب‌بندي نيز براساس يك TPE با الاستيك بالا و مدول پايين طراحي مي‌شود.

آبگيرها، سريع‌ترين رشد را در توليد با TPEها از خود نشان داده‌اند و اين امر ناشي از مزاياي واضح استفاده از ترموپلاستيك‌هاست كه كاهش هزينه و حذف مشكلات ناشي از عدم استفاده از EPDM، نظير مشكل اكسترود همزمان بخش خيلي سخت (سختي بالاتر از 45ShD) با كامپاند نرمتر (75ShA) و همچنين انقباض ابعادي قطعه را به همراه دارد.

نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه، از ديگر كاربردهاي TPEهاست كه واجد ارزش افزوده‌اي شامل كاهش قيمت و وزن و قابليت بازيافت است. ضمناً گريدهايي از TPE توليد شده است كه جايگزين لايه رويي با ضريب اصطكاك پايين به‌منظور لغزش شيشه بر روي LIP در تماس با آن است و مي‌تواند به صورت اكسترود همزمان بر روي نوار توليد شود. يكي از مواد قابل صرفه و با كارايي بالا كه مي‌تواند به‌عنوان لايه رويي مورد استفاده قرار گيرد. XL-HDPE NexCoat است.

اين تكنولوژي، بر پايه گرافت كردن سيلان

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
بر زنجيره اصلي HDPE و سپس اختلاط با يك مستربچ كاتاليستي و در نهايت اكسترود كردن اين كامپاند بر روي نوار است.

شركت‌هاي تويوتا و Rover از TPE در طراحي نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه استفاده مي‌كنند.

شركت پژو در مدل 1007 (سري جديد طراحي) خود توليد نوارهاي دوركلاف شيشه را با TPE از نوع SBS آغاز كرده است. در مقايسه TPVها قيمت پايين‌تري دارد.

توليد نوارهاي اسفنجي با TPE

يكي از روش‌هاي توليد اسفنج‌ها با استفاده از مواد TPE، استفاده از آب به عنوان عامل پف‌زاست. مزيت اصلي TPEهاي اسفنجي با آب، اين است كه فرايند موردنظر با يك ماده TPE كاملاً ولكانيزه شده شروع شده و تنها متغير كنترلي طي اكستروژن، اسفنج‌سازي ماتريس PP است كه بوسيله تزريق آب در مذاب و كنترل به موقع دماي اكسترودر است.

بازخورد عالي اين روش از طريق نوارهاي «بونت ميتسوبيشي» مشاهده شده است. سطح مقطع‌هاي دوجزيي (دو اكسترودره) نيز توسعه يافته‌اند كه ازنمونه‌هاي اقتصادي شده آن مي‌توان به نوار دور در صندوق خودروسازي ميتسوبيشي نام برد كه البته پايه ساليد آن با فلز قابل تصويه تقويت شده است.

براي اين نوع قطعات، كاهش قيمت بين 5 تا 10درصد نسبت به توليد با EPDM است. خواص مقايسه‌اي بين دور در صندوق توليد شده با سيستم TPE و epdm با كارايي بالا، به صورت مقايسه‌اي در جدول شماره2 آمده است.

جدول2: مقايسه خواص بين tpe و epdm در توليد نوار دور در صندوق

CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C57%5C964859157553799.jpg&X=315&Y=248

اگر به نتايج حاصله در جدول2 دقت كنيم، خواهيم ديد كه سيستم TPE نواري با چگالي مشابه epdm، اما با كارايي بالا توليد مي‌كند.

درصد جذب آب اين نوار نيز مناسب است. البته همانطور كه انتظار مي‌رفت مانايي فشاري سيستم epdm نتايج بهتري را نشان مي‌دهد. در هر حال، در دماي منفي 40درجه سانتي‌گراد، هر دو سيستم روش مشابهي را نشان مي‌دهند.

روشي براي بهينه‌سازي مانايي فشاري براي پروفايل‌هاي tpe، مي‌تواند كاهش چگالي اسفنج باشد.

تغييرات نيروي فشردگي (cld) در سيستم tpe قابل رقابت با epdm است. البته نيروي فشردگي با انتخاب توازن درست بين شكل پروفايل و چگالي اسفنج قابل بهينه‌سازي است.

زبري سطح، مشابه است، اما epdm در چگالي 0.59 در انتهاي حد قابل قبول كارايي خود قرار دارد، ولي tpe مي‌تواند تا چگالي 0.3 با حفظ خواص ظاهري و عملكردي لازم، توليد شود. اين امر توسعه و اقتصادي بودن پتانسيل tpeها را در توليد نوارهاي آب‌بندي ديناميكي اثبات مي‌كند.

خصوصيات ويژه نظير رنگ‌پذيري آسان و كاهش وزن قابل توجه تا درجه 2/1kg/car با مواد tpv قابل دستيابي است.

شكل شماره 1، انواع نوارهاي آب‌بندي را كه در توليد آنها از TPE (عمدتاً از نوع TPV) استفاده شده است، ارائه مي‌دهد.

شكل1: انواع نوارهاي آب‌بندي قابل توليد با TPE

CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C57%5C882304229195987.jpg&X=580&Y=782

 

با وجود اينكه مواد TPV به طور موفقيت‌آميزي در حال جايگزيني با لاستيك‌هاي ترموست نظير EPDM و پلي‌كلروپرن (Neoprene) و PVC هستند، خواص فيزيكي مواد TPV موجود هنوز كاملاً به خواص مواد ذكرشده نرسيده است.

در مقياس تركيبات با سختي پايين (Shore 55A to 75A)، اصولاً تركيبات EPDM داراي استحكام كششي و پارگي بالاتري نسبت به تركيبات TPV هستند. البته با پيشرفت‌هاي اخير در تكنولوژي TPV، بهبود قابل توجهي در استحكام مكانيكي در محدوده‌هاي سختي Shore 40A تا 50 D اتفاق افتاده است.

مواد اوليه مورداستفاده در تهيه ترموپلاستيك الاستومرهاي TPV (موردمصرف در نوارها)

اين تركيبات از آلياژ يك رزين پلي‌الفيني و لاستيك كوپليمر مونوالفيني كه توسط عامل پخت فنوليك به‌طور كامل پخته مي‌شود، تشكيل مي‌شوند. اگر درصد رزين در آلياژ بيشتر از مقدار بحراني باشد (البته اين عدد به نوع رزين بستگي دارد) اين تركيبات كاملاً پخت شده، باز هم ترموپلاستيك هستند. گفتني است كه نسبت رزين پلي‌الفيني و لاستيك EPDM به حضور ديگر مواد افزودني در تركيب نيز بستگي دارد. مثلاً، پركننده‌هاي خنثي نظير دوده يا سيليكا باعث كم‌شدن رنج كاري مي‌شوند، در حالي‌كه روغن‌ها و پلاستي سايزرها، باعث افزايش رنج كاري خواهند شد.

به‌طور كلي اين تركيبات، حاوي 15 تا 75درصد وزني از رزين پلي‌الفين كريستالين ترموپلاستيك و حدود 25 تا 85درصد وزني از لاستيك EPDM هستند. البته ترجيحاً بهتر است كه مقدار رزين پلي‌الفيني در آنها از 50درصد بالاتر نرود.

 

  • رزين‌هاي پلي‌الفيني ترموپلاستيك: در واقع محصولات جامد كريستالي با وزن مولكولي بالا هستند كه از پليمريزاسيون يك يا تعداد بيشتري مونوالفين در فرايندهاي فشار بالا يا پايين، تهيه مي‌شوند. نمونه‌هايي از الفين‌هاي مناسب شامل اتيلن، پروپيلن، بوتن، پنتن و... است كه از ميان آنها، رزين‌هاي پلي‌الفيني تجاري شده، پلي‌اتيلن و پلي‌پروپيلن هستند. براي كاربرد فعلي، پلي‌پروپيلن ارجحيت دارد.


     

  • لاستيك EPDM: يا گريدهاي خاصي از EPM متناسب براي اين كاربرد، در بازار موجود است. بويژه آنهايي كه تحت نام تجاري Buna و توسط شركت Bayer ارائه مي‌شوند، بهتر هستند. مثلاً، در جديدترين خانوادهNexPrene TPV از لاستيك EPDM گريد Buna EPT 8902 استفاده مي‌شود كه داراي وزن مولكولي بالا با خواص ويژه است. وزن مولكولي بالاي EPDM در كنار فرايندي خيلي موثر، باعث افزايش خواص در استحكام كششي و پارگي مي‌شود.


سيستم پخت مي‌تواند هر نوع سيستم پخت فنوليكي باشد كه EPDM را كاملاً به پخت مي‌رساند درخصوص لاستيك‌هايي كه براحتي با رزين‌هاي فنوليك پخت نمي‌شوند، استفاده از تركيب هالوژن‌دهنده و اكسيد روي، توصيه شده است. به‌طور شگفت‌انگيزي كشف شده است كه EPDM توليدشده با روش اسلاري

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
كه داراي موني لزجت بالاست، باعث ايجاد خواص بسيار بالاتري در تركيب TPV نهايي مي‌شود.

· افزودني‌هاي مهم كه ترجيحاً قبل از ولكانيزاسيون ديناميكي اضافه مي‌شود شامل دوده، روغن بسط‌دهنده يا هر دوي آنهاست. دوده، باعث افزايش استحكام كششي و روغن بسط‌دهنده، باعث تقويت مقاومت به تورم در روغن‌ها، پايداري حرارتي، هيسترزيس، هزينه، تغيير شكل دائمي و همچنين بهبود فرايندپذيري TPV مي‌شود.

منابع

1. new tpe development for automotive weather seals Omneox. Com (special chem.. 1sep 2007)

2.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
material intelegence.com

3.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
mobil chemical.com

4. European rubber journal july 1 2007

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...