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汽车灯具装配用不起雾有机硅密封胶的研制和测评

  • 分类:企业新闻
  • 作者:科思达
  • 来源:科思达
  • 发布时间:2019-05-23 17:14
  • 访问量:

【概要描述】1.前言汽车灯具的功能和质量关联汽车整车性能和运行安全,车灯的稳定工作和功能发挥不仅取决于车灯设计,也与车灯加工装配工艺和配套材料相关。伴随汽车产业的发展,汽车灯具技术也在不断更新,当前汽车灯设计,在灯室内设置更多元件,反射室加大,放热量更高,车灯设计和功能改进,对车灯配套材料提出了更高技术要求。通用的车灯密封胶有四种:丁基热熔胶、聚氨酯热熔胶(PUR)、单组分室温硫化硅橡胶(RTV-1)

汽车灯具装配用不起雾有机硅密封胶的研制和测评

【概要描述】1.前言汽车灯具的功能和质量关联汽车整车性能和运行安全,车灯的稳定工作和功能发挥不仅取决于车灯设计,也与车灯加工装配工艺和配套材料相关。伴随汽车产业的发展,汽车灯具技术也在不断更新,当前汽车灯设计,在灯室内设置更多元件,反射室加大,放热量更高,车灯设计和功能改进,对车灯配套材料提出了更高技术要求。通用的车灯密封胶有四种:丁基热熔胶、聚氨酯热熔胶(PUR)、单组分室温硫化硅橡胶(RTV-1)

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  • 作者:科思达
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1. 前言
 
汽车灯具的功能和质量关联汽车整车性能和运行安全,车灯的稳定工作和功能发挥不仅取决于车灯设计,也与车灯加工装配工艺和配套材料相关。伴随汽车产业的发展,汽车灯具技术也在不断更新,当前汽车灯设计,在灯室内设置更多元件,反射室加大,放热量更高,车灯设计和功能改进,对车灯配套材料提出了更高技术要求。
 
通用的车灯密封胶有四种:丁基热熔胶、聚氨酯热熔胶(PUR)、单组分室温硫化硅橡胶(RTV-1)、双组分室温硫化硅橡胶(RTV-2)。其中,丁基热熔胶因耐热性差和粘接力弱,现已基本淘汰出局;聚氨酯类热熔胶粘接强度好,曾经得到业界肯定和应用,但在重视劳动防护和环境保护的当前条件下,因其材料毒性较大,日益受到质疑;硅橡胶类密封胶因其具有卓越的耐候性、耐高低温、憎水防潮和极佳的电绝缘性能,使得硅橡胶类密封胶逐渐取代其他胶种,成为车灯密封胶的首选材料。
 
自2013年以来,浙江科思达新材料有限公司与浙江天翀车灯集团有限公司密切配合,根据汽车灯具装配工艺和车灯使用要求,研究开发高性能有机硅密封胶,并且建立密封胶加速老化性能和灵敏起雾性能等测评装置,可对车灯密封胶进行多项深层次测试考核评价,通过对市售密封胶的测试考评,逐项分析市售密封硅橡胶缺陷的成因,特别是清晰解析了某些市售品牌车灯胶起雾的机理,在此基础上,确定优选最佳工艺和配方生产车灯密封胶,并通过严密监测,确保研制生产的密封硅橡胶产品性能稳定可靠,为提高汽车灯具质量提供坚实技术保证。

 

2 车灯装配用高性能密封硅橡胶研制与测评
 
2.1 车灯密封硅橡胶使用要求及对应技术措施
 
为满足汽车灯具装配工艺和使用要求,用于车灯密封的硅橡胶要求适当快速固化,固化后的密封胶对灯具基材聚丙烯塑料(PP)和聚碳酸酯(PC)保持稳定粘接强度,长期耐受环境温变和车灯工作的高温,耐老化,对于加装防雾涂膜的车灯,还特别要求密封胶与防雾涂膜相容不起雾。
 
对于前照灯等形体较大的车灯装配,生产线占用场地较大,为提高生产效率,应采用固化速度相对较快的双组分缩合型室温硫化硅橡胶作密封胶,该体系配合优选填充材料、快速交联硫化剂,引入有机硅高效增粘助剂,经捏合混炼制得充分满足上列使用要求的车灯密封硅橡胶。
 
对于形体较小的车灯装配,宜选用较大包装规格的单组分室温硫化硅橡胶作密封胶。该体系除应用单组分室温硫化硅橡胶常规成熟技术之外,还特别要求较快的固化速度和较高的初始粘接强度。
 
2.2 车灯密封胶起雾机理与防范措施
 
汽车灯具防雾是一项重要技术要求,为提高车灯防雾性能,在车灯内部加涂防雾涂层是实用的措施之一。如果车灯粘接密封材料与防雾涂料不能良好相容,即可能出现结雾等现象。市售品牌确有某些硅橡胶存在严重缺陷,这些硅橡胶用于加涂防雾涂层的车灯密封,有的车灯出现结雾。究其起雾原因,是该品牌产品自身存在技术缺陷。
 
透明材料表面起雾的直接起因,与基材表面物质的凝结集聚状态相关,物质在基材表面吸附凝聚,如形成液滴不连续不均匀展布,由于不同材质的透光性不同或折射率差异,导致结雾或出现雾影。物质在基材表面吸附和展布状态与两种材质的极性或表面张力相关。在固体表面上液体吸附展布状态可以用其接触角大小表征,液体接触角小,表明液体与固体基材极性相近,液体在固体基材表面可均匀展布成均匀液膜;反之,液体接触角大,液体与固体基材极性差异大,液体在固体基材表面成液滴状分布,当液滴呈细小分散成不均匀膜状分布,即显示结雾状态;如果集聚在防雾涂层上的物质与防雾涂料反应形成新的固体膜,则将形成不可逆的雾膜。
 
⑴ 接触角测试
 
为分析车灯组件基材与密封胶组分相对于起雾现象的各种关联因素,测试了当前通用车灯密封胶可能存在的可挥发冷凝组分在车灯构件材料上的接触角,部分接触角实测图像列于下列图集,相关接触角测试数据分列于表1。
 
车灯密封胶中可能挥发的组分分别以代号A、B表示,灯具材料聚碳酸酯(PC)、加涂防雾涂膜聚碳酸酯(C-PC)。
 
微细水滴和可挥发冷凝组分微细液滴在未涂覆防雾涂膜(PC)和加涂防雾涂膜(C-PC)上接触角测定图像如下:
 

  

H2O/PC  θ=76.25°     H2O/C-PC  θ=13.34      B/PC  θ=16.58°      B/C-PC  θ=38.47°
 
 
 
上图(左),水在PC基材表面接触角原为76.25°,水在加涂防雾涂层C-PC基材表面的接触角减小到13.34°,可见防雾涂膜的强化亲水效果,即水(雾)可被防雾涂膜吸附,基于此,涂覆防雾涂膜的车灯不易出现水雾。
 
上图(右)是密封胶的挥发物B的接触角图像,如果集聚量多到可以汇成液膜,那么在普通PC表面B可以均匀分散,不致明显影响PC的透明性,但是B在涂过防雾涂层的C-PC表面上难以均匀分散,其结果将显示轻微雾状。
 
表1 与硅橡胶相关有机物质在聚碳酸酯基材上的接触角
 

基  材

PC

C-PC

 

接触角

 76.25

 13.34

挥发物A

 8.86

 37.87

挥发物B

 16.58

 38.47

 

 

⑵ 某些挥发物在灯罩表面遇冷凝结
 
除了因挥发物的接触角大而产生结雾现象外,还有因挥发物本身带有反应凝聚属性,其挥发后遇到灯罩表面水解沉淀,也会出现结雾。我们对车灯密封硅橡胶中可能的挥发性物质进行了灯罩冷凝结雾测试,实验结果图片如下:
 

 

主动采用高浓度的可挥发物实验验证,可以造成结雾现象,由此可见,部分挥发物在浓度足够大时会在灯罩表面形成不透明膜,造成另一类型的结雾现象。
 
⑶ 车灯内部起雾机制分析
 
在通常状态下,形成结雾需要同时具备两个因素:存在可凝结聚集的“雾源”物质和促使可凝聚物凝结的环境条件。车灯内部起雾,实际上有两类可能结雾的可凝结物质:其一是自然环境普遍存在的潮气,主要是来自空气中的水分,其二是车灯密封胶等材料逸散出来的可凝结挥发物,密封胶中的残存的挥发物和密封胶固化过程释放的可挥发副产物。
 
通常自然环境空气中,总有或多或少水分存在。车灯通气孔与大气相通,车灯工作使得车灯内部温度升高,车灯关闭后车灯降温,车灯空腔内空气冷却收缩将导致外部空气携带潮气进入车灯内部,如果达到露点,车灯将出现结雾。由于潮气进入车灯内部引发的起雾,因环境阴湿可能反复出现;车灯工作一段时间后,因温度升高使得水雾气化而消除。改进车灯设计,车灯进排气孔便于灯腔内潮气排除,灯腔内无气流交换死角,加涂亲水型防雾涂层等措施,都可以减缓或避免潮气引发的起雾。
 
由于密封胶释放的挥发物造成的起雾,其起因是挥发物在车灯构件上凝聚成与基材不浸润的分散微小液滴,如应用含挥发分较多的密封胶,可能在车灯组装后不久即出现轻微起雾,车灯首次工作升温后再关闭电源,待车灯冷却下来会加重起雾现象;对于由挥发物引发的起雾,车灯内构件加涂亲水性防雾涂膜后起雾情况往往比未涂防雾涂膜的车灯起雾更为严重,这是因为密封胶的挥发物在亲水性防雾涂膜上不浸润,因而更容易凝聚显示结雾。另外,由于密封胶挥发物在亲水性防雾涂膜上集聚还可能后继发生水解沉淀反应,进而形成固体雾膜,在车灯后续工作过程中,雾膜不能消除。
 
⑷ 不同厂商有机硅车灯胶考核评定
 
目前市场上销售多种品牌车灯密封胶,产品质量参差不齐。天翀车灯公司为优选适用的车灯密封胶,曾对2016年以来不同厂商销售的密封胶进行考核分析。主要检测密封胶挥发物含量,并结合对应密封胶封装车灯起雾状况和工作稳定性进行分析评价。
 
密封胶性能考核包括三项:①按供胶厂家提供混胶和固化条件,测定混合胶料室温下固化反应过程(24小时)重量减少量;②固化后密封胶经120℃加热2小时的重量减少量;③200℃加热2小时的重量减少量和外观变化。对不同厂家销售密封胶样品测试结果列于表2。
 
表2 硅橡胶挥发物含量测定、热老化与起雾情况比较
 

密封胶样品

RTV-2

RTV-1

G公司

Z公司

9521

9622

T公司

X公司

D公司

9611

室温24h固化失重%

1.98

0.96

1.06

0.85

4.99

5.19

1.06

2.26

120℃×2h失重

2.69

1.32

1.53

1.29

5.94

5.60

1.63

2.73

200℃×2h失重

3.39

1.80

1.95

1.80

6.60

5.76

2.01

1.99

200℃×2h变化

脆裂

 

无变化

无变化

变脆

变软

变软

稍变软

车灯起雾情况

严重

起雾

 

正常

无雾

正常

无雾

起雾

起雾

 

正常

无雾

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*其中G、Z、T是国内公司产品;X和D是国外公司产品;9521、9622、9611为科思达公司密封胶。
 
 
 
密封胶挥发物含量的测试结果,进一步验证车灯起雾与密封胶挥发分正相关的分析判断。确证应用挥发物含量高的密封胶装配车灯,会出现车灯起雾的现象,特别是加涂防雾涂膜的车灯,应用挥发物含量高的密封胶装配车灯结雾更为明显。
 
内在质量存在缺陷的硅橡胶,经受200℃×2h加速热老化试验后脆裂破坏,因此丧失粘接密封性能,由此将引发车灯漏水或漏潮结雾等严重损害。
 
用硅橡胶密封的车灯起雾,不是硅橡胶材料的共性问题,这只是某些品牌硅橡胶的个别失误。应用科学严谨技术生产的硅橡胶装配车灯,不仅不会起雾,而且硅橡胶密封的车灯运行更加稳定可靠。
 
⑸ 聚氨酯密封胶考核评定
 
个别汽车厂担心硅橡胶装配车灯会起雾,曾要求浙江天翀公司改用反应性聚氨酯(PUR)用于车灯密封。长期应用硅橡胶装配车灯的操作工人在改用聚氨酯胶后,发生恶心头痛等不适。查证聚氨酯厂方提供安全资料,也确认聚氨酯密封胶产品含有二苯基甲烷二异氰酸酯等有害健康的物质。为确证聚氨酯胶是否确实比硅橡胶更稳定不起雾。我们用强化检测密封胶起雾的专用装置对聚氨酯胶和硅橡胶平行进行对比考核试验。
 
应用考核评价密封硅橡胶的同样测试装置对H公司的聚氨酯热熔胶样品与科思达公司KSD9622车灯胶样品一并进行强化条件起雾测试。聚氨酯热熔胶测试结果如下表3:
 
表3 聚氨酯热熔胶加热失重与起雾测试
 

测试条件

热失重%

起雾状况

90℃×2h

0.59

--

120℃×2h

0.87

起雾

140℃×2h

1.44

 

150℃×2h

 

起雾

 

在相同条件(120℃×2h、150℃×2h)下,用同一只车灯PC透光罩对比测试H公司聚氨酯胶和科思达公司KSD-9622硅橡胶的起雾状况,测试结果如下图所示:

 

 

测试结果:对应聚氨酯热熔胶样品部位的PC出现明显半透明白色雾膜;对应科思达公司硅酮密封胶样品部位的PC未见明显变化。
 
 
 
4.高性能车灯密封硅橡胶应用
 
浙江科思达公司深入根据汽车灯具密封胶工作条件和使用要求,依据科学理论,制定严谨的研制方案,采用多项行之有效的新技术,生产符合车灯装配的硅酮密封胶。科思达公司的车灯密封硅橡胶胶料挥发物含量低,双组分硅橡胶料混合后固化速度快,固化后的硅橡胶粘接强度高,耐高低温冲击和耐气候老化性能好;单组分密封硅橡胶固化速度快,粘接牢固可靠。产品用于多种类型车灯的粘接密封,已经历五年以上长期运行考核,证明科思达公司硅橡胶产品质量稳定,尤其适于加涂防雾涂膜的车灯装配应用,确实达到组装车灯不起雾的优良可靠效果。

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