نوشته‌ها

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

در بخش های قبلی در ارتباط با مزیت های EPDM های تولید شده با کاتالیست های متالوسنی و کاربردهای آن ها در تولید قطعات خودرویی صحبت هایی شد. پیشنهاد می شود ابتدا به لینک های زیر مراجعه کنید و این نکات را مطالعه کنید و ادامه فرمولاسیون های قطعات خودرویی مبتنی بر EPDM را در این بخش دنبال کنید.

فرمولاسیون EPDM

EPDM متالوسنی

بخش مهمی از قطعات لاستیکی مورد استفاده در تولید خودروها به دلایل مختلفی همچون سبکی، عایق بودن در برابر صوت و گرما، انعطاف و شکل پذیری خوب و مسائلی از این دست، به صورت فوم و در اصطلاح اسفنجی تولید می شوند. از جمله این قطعات نوارهای اسفنجی حاشیه درب خودروها است که نقش مهمی در عایق سازی کابین خودرو در برابر نفوذ مایعات، صدا، گرما، سرما و همچنین جذب ضربات دارند. مهندسی ترین گزینه لاستیکی برای تولید این قطعات EPDM است و تصویر زیر نمونه ای از این قطعات را نشان می دهد.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

علاوه بر الزامات عملکردی ذکر شده در بالا، به دلیل اینکه این قطعات در معرض دید کاربر هستند بایستی سطحی کاملا صاف و بدون برآمدگی و شکفتگی (Blooming) داشته باشند. بنابراین در انتخاب گرید EPDM پایه و مجموعه افزودنی های تقویت کننده، فوم زا و پخت بایستی دقت کافی به کار گرفته شود. مهمترین وجه تمایز این کاربری EPDM با دیگر کاربردهای ذکر شده در قبل، قابلیت گرید انتخابی در میزان بازگشت به شکل اولیه و تغییر شکل ندادن در اثر بار وارده از سوی درب خودرو است و در حقیقت مانایی فشار این قطعات بایستی بسیار کم باشد. معمولا EPDM های حاوی زنجیره های پلیمری با شاخه های بلند برای این کاربری استفاده می شوند. سرعت پخت این قطعات نیز بالا باید باشد و بنابراین از گریدهای EPDM با ترپلیمر بالا (High Norbornene) استفاده می شود.

به صورت کلی فرمولاسیون تولید این قطعات شامل اجزا با غلظت های ذکر شده در زیر است.

  • EPDM (Oil extended (10-20 part)): 100-120 part
  • Zinc oxide: 5 part
  • Stearic acid: 2 part
  • Carbon black: 80-100 part
  • Paraffinic oil: 70-90 part
  • Calcium carbonate: 30-50 part
  • Calcium oxide: 5 part
  • Curing agents:
    • MBT: 2 part
    • ZnEDC: 1 part
    • DPTT: 1 part
    • CBS: 1 part
    • TeEDC: 0.3 part
    • Sulfur: 1.5 part

آخرین گروه مهم قطعات خودرویی که EPDM بخش لاستیکی آن ها را تشکیل می دهد، مجموعه شلنگ ها و جنت های انتقال آب مورد استفاده در قطعات زیر کاپوت خودرو است.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

مهمترین الزامات این قطعات که EPDM به خوبی آن ها را برآورده می کند، عبارتند از:

  • انعطافپذیری بسیار عالی در دماهای پایین
  • مقاومت حرارتی بالا به دلیل قرارگیری در معرض دمای موتور
  • فرایندپذیر بودن و شکل پذیری خوب
  • حفظ خواص بالا برای طولانی مدت

EPDM های مناسب برای این کاربری بایستی انعطافپذیری خوبی داشته باشند و بتوان آن ها را با روغن به خوبی کامپاند و شکل دهی کرد. سرعت پخت این قطعات معمولی است و درصد کومنومر بالایی نیاز ندارند.

به صورت کلی فرمولاسیون تولید این قطعات شامل اجزا با غلظت های ذکر شده در زیر است.

  • EPDM (Oil extended (10-20 part)): 110 part
  • Zinc oxide: 5 part
  • Stearic acid: 1 part
  • Carbon black: 130 part
  • Paraffinic oil: 65 part
  • Polyethylene glycol (PEG 4000): 1 part
  • Calcium carbonate: 30 part
  • Calcium oxide: 7 part
  • Curing agents:
    • ZnBDC: 1.5 part
    • EU: 0.5 part
    • CBS: 0.5 part
    • TMTD: 0.5 part
    • Sulfur: 0.3 part
    • Dithiodimorpholine: 1.5 part

سختی چنین شلنگی در حدود ۷۰ shore A خواهد بود و مانایی فشار بسیار کمی باید داشته باشد.

مهندسی معماری زنجیره های EPDM به کمک کاتالیست های متالوسنی

مهندسی معماری زنجیره های EPDM به کمک کاتالیست های متالوسنی

صنعت خودرو حدود ۴۵ درصد EPDM های تولیدی را به مصرف می رساند و در مقام های بعدی کاربرد اصلاح ویسکوزیته روغن، اصلاح خواص پلیمرها، ژئوممبران و روکش سیم و کابل مهمترین صنایعی هستند که EPDM را به عنوان ماده اولیه به مصرف می رسانند. با توسعه کاتالیست های متالوسنی در دهه هشتاد میلادی امکان تولید پلیمرهای الفینی با ریزساختار مهندسی مهیا شد. در ادامه از کاتالیست های متالوسنی در تولید EPDM نیز استفاده شد و نسل نوین این پلیمر، موسوم به EPDM های متالوسنی، تولید شدند.

امروزه بهره وری تولید در صنایع مختلف به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای تولید مورد توجه قرار می گیرد. یکی از شاخص های مهم بهره وری مناسب، بازدهی بالا در فرایند تولید است. برای مثال افزایش نرخ تولید، افزایش کیفیت قطعات تولیدی و کاهش میزان ضایعات همگی می توانند بازدهی بالایی را در تولید به ثبت برسانند. پلیمرهای تولید شده با کاتالیست های متالوسنی به لطف امکان کنترل ریزساختار به کمک این کاتالیست ها، می توانند در کاهش ضایعات تولید، افزایش نرخ تولید و بهبود خواص قطعات تولیدی نقش بسزائی داشته باشند. این بخش مهمترین مزایای EPDM های متالوسنی را برمی شمارد.

مهندسی معماری زنجیره های EPDM به کمک کاتالیست های متالوسنی

مهمترین تفاوت کاتالیست های متالوسنی با انواع دیگر مانند کاتالیست ها، مانند خانواده زیگلر ناتا، عدم نیاز به افزودنی های خنثی ساز پلیمریزاسیون و همچنین امکان ایجاد توالی های منظم از منومر و کومنومرها در پلیمرهایی مانند EPDM است. از آنجاییکه در فرایند پلیمریزاسیون به کمک کاتالیست های متالوسنی به افزودنی های خنثی ساز نیاز نیست، بنابراین مرحله خنثی سازی بقایای کاتالیست ( فرایند Deashing) از مراحل تولید EPDM متالوسنی حذف می شود. با این کار علاوه بر افزایش سرعت تولید می توان EPDM تولیدی را مستقیما به اکسترودرهای گرانول ساز انتقال داد و گریدهای EPDM گرانول را نیز تولید کرد. (در حالت عادی EPDM به صورت فله (Bale) است.) از طرف دیگر در فرایند Deashing اکسیژن موجود در محیط فرایند منجر به تخریب زنجیره های EPDM و ایجاد ژل در ساختار آن می شود و بنابراین با حذف این فرایند میزان ژل موجود در ساختار EPDM متالوسنی کمتر می شود و بنابراین سطح قطعات تولیدی یکنواخت تر با کیفیت بهتری خواهد بود.

از جمله دیگر مزایای EPDM های متالوسنی، توزیع یکنواخت تر جرم مولکولی در آن ها است. این ویژگی موجب می شود خواص مکانیکی گرید تولیدی در مقایسه با انواع تولید شده با کاتالیست های زیگلر ناتا برتر باشد و برای مثال استحکام مکانیکی بالاتری در قطعه نهایی ایجاد شود. EPDM های متالوسنی مقدار کلر کمتری از فرایند پلیمریزاسیون در ساختار خود دارند و بنابراین پایداری بهتری در برابر شرایط جوی و هوازدگی در مقایسه با EPDM های تولیدی با کاتالیست های زیگلر ناتا از خود نشان می دهند.

لازم به ذکر است که امکان ایجاد فرایند پخت گوگردی در EPDM ها با حضور منومر سوم ( معمولا منومر سوم Ethylidene Norbornene (ENB) است) فراهم میشود. غلظت منومر سوم و نحوه توزیع آن در سراسر ساختار EPDM تعیین کننده کیفیت و سرعت فرایند پخت و خواص مکانیکی قطعه نهایی است. کاتالیست های متالوسنی امکان توزیع یکنواخت منومر سوم را در ساختار EPDM مهیا می کنند.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

EPDM سبک ترین رابر مورد استفاده در تولید قطعات خودرویی است. این رابر در تولید قطعات مختلف مورد استفاده در خودرو مانند نوار دور درب و شیشه، اسفنج های دور شیشه و شلنگ ها به کار می رود. همچنین بخش رابری TPV های مورد استفاده در تولید تزیینات، گرومت و گردگیرها نیز از EPDM تشکیل می شود. این بخش مهمترین اجزا و میزان مصرف آن ها را در تولید هر یک از قطعات نامبرده در فوق بررسی خواهد کرد.

نوارهای دور شیشه خودروها بر پایه EPDM هستند. این قطعات در اصطلاح GRC (Glass Run Channel) نامیده می شوند ( تصویر زیر) و نقش حیاتی در عایق بندی بین شیشه و درب خودرو دارند و همچنین از لرزش شیشه و ایجاد سر و صدای اضافی توسط آن جلوگیری می کنند. این نوارها بایستی دارای سطح کاملا مسطح باشند، همچنین از برآمدگی در سطح آن ها وجود نداشته باشد و در طول زمان کاربری هیچگونه شکفتگی  (Blooming)در اجزای به کار رفته در فرمولاسیون آن ها رخ ندهد. فرمولاسیون پیشنهادی برای تولید این قطعات می تواند شامل اجزای زیر باشد:

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

معمولا این نوارها به کمک EPDM هایی با درصد اتیلن بالای ۵۰ درصد تولید می شوند. همچنین در برخی خودروها این نوارها به صورت فومی نیز به کار می روند. ( فوم های با دانسیته بالا) به صورت کلی فرمولاسیون تولید این قطعات شامل اجزا با غلظت های ذکر شده در زیر است.

  • EPDM (Oil extended (10-20 part)): 100 part
  • Zinc oxide: 5 part
  • Stearic acid: 1 part
  • Carbon black: 150-170 part
  • Paraffinic oil: 80-100 part
  • Calcium carbonate: 20-30 part
  • Calcium oxide: 5 part
  • Curing agents:
    • MBT: 1.5 part
    • ZnBDC: 2 part
    • TMTD: 0.3 part
    • DTDM: 0.5 part
    • Sulfur: 1.5 part

در صورتیکه به ساختار فومی نیاز باشد در فرمول بالا می توان ۰٫۳ part نیز از عوامل فوم زای هیدرازیدی مانند OBSH اضافه کرد. سختی چنین نمونه ای در حدود ۷۰-۷۵ shore A خواهد بود.

قطعه مهم دیگر که با نوارهای دور شیشه نیز در ارتباط است، اتصال گوشه های نوارها است. معمولا اتصال گوشه نوارها در زوایای کنج درب و شیشه به کمک اتصال نوارهای صاف به یک قطعه تولید شده به روش تزریقی با زاویه دلخواه ( مشابه تصویر زیر) صورت می گیرد.

فرمولاسیون قطعات خودرویی بر پایه رابر EPDM

از آنجاییکه فرایند تولید این قطعه تزریق لاستیک است، بایستی از EPDM هایی با ویسکوزیته مونی کم در مقایسه با EPDM های مناسب برای فرایندهای اکستروژن استفاده کرد. علاوه بر جریان پذیری خوب، گرید EPDM مناسب برای این کار بایستی حاوی درصد بالای منومر ENB به منظور پخت سریع باشد ( معمولا بالای ۶ درصد). همانند نوارهای دور شیشه چنین قطعه بایستی عاری از هر گونه اعوجاج باشد و بتواند به خوبی شیشه را در بر گیرد. به منظور تنظیم ویسکوزیته و دستیابی به ویسکوزیته مونی مناسب برای تزریق چنین قطعاتی می توان از تکنیک آلیاژ سازی رابر EPDM با گونه های با ویسکوزیته بسیار کم نیز استفاده کرد.

به صورت کلی فرمولاسیون تولید این قطعه شامل اجزا با غلظت های ذکر شده در ادامه است.

  • EPDM (Oil extended (10-20 part)): 100 part
  • Zinc oxide: 5 part
  • Stearic acid: 1 part
  • Carbon black: 60-70 part
  • Paraffinic oil: 50-60 part
  • Calcium oxide: 5 part
  • Foaming agent (0-0.5 part)
  • Curing agents:
    • MBT: 0.5 part
    • ZnBDC: 1.5 part
    • TMTD: 0.5 part
    • TETD: 0.5 part
    • Sulfur: 1 part

در بخش بعدی این مقاله در ارتباط با فرمولاسیون اسفنج ها و شلنگ های خودرویی پایه EPDM بیشتر صحبت خواهیم کرد.

بازیگران اصلی تولید EPDM

پس از SBR و EPDM ،BR حجم تولید را در بین رابرهای مصنوعی دنیا دارد. حدود ۱۲ درصد از رابرهای دنیا EPDM هستند که در صنایعی همچون خودروسازی، ساختمان، روان کننده ها، کامپاندینگ، روکش کابل و غیره به کار می رود.

Portfolio Items