汽车密封条VOC性能影响因素研究及优化

柳延波，高丙托，吕占有，张 冰（诺博橡胶制品有限公司，河北 保定 072550）



汽车密封条VOC性能影响因素研究及优化

柳延波，高丙托，吕占有，张 冰
（诺博橡胶制品有限公司，河北 保定 072550）

对三元乙丙橡胶（EPDM）海绵密封条配方材料进行分析，研究了不同种类原材料对整体配方的挥发性有机化合物（VOC）的贡献量，并分析了不同种类原材料中VOC挥发的原因和机理，对比了环境、停放时间、生胶种类、炭黑、增塑剂、硫化体系、胶粘剂和胶粘带等因素对密封条产品VOC性能的影响，进而选择最优的原材料和生产工艺，开发低VOC的海绵密封条产品，达到降低整体密封条产品VOC挥发量的目的，并降低整车VOC，满足汽车行业越来越严格的环保要求。

密封条；石蜡油；挥发性有机化合物（VOC）

0　前　言

众所周知，随着人们环保意识的加强，汽车工业对于车内空气质量的控制和要求也越来越严格。对于车内空气质量，目前主要检测的相关有毒有害气体物质是苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等八种有致癌性的气体，统称为挥发性有机化合物（VOC）。

汽车密封条作为汽车的重要零部件，对整车的VOC有着较大的贡献量。密封条的材质主要是以三元乙丙橡胶（EPDM）为主的橡胶材料。本工作主要通过分解密封条的主要组成部分，研究各组分和原材料对密封条产品VOC的贡献量，并研究环境温度、停放时间等工艺条件的影响，进而通过选择环保的橡胶原材料并配合优化的生产工艺，降低密封条产品的整体VOC，使之满足汽车主机厂的性能要求。

1　实　验

1.1主要原材料

三元乙丙橡胶（EPDM），V8600，朗盛化学（中国）有限公司；石蜡油，P-3002、R-2291，北京艾迪尔复合材料有限公司；石蜡油，6110，道达尔石油（广州）有限公司；炭黑，SP5000，卡博特化工（天津）有限公司；活性氧化锌，630，台湾陆昌化工有限公司；硫化剂，S-80，台翔橡胶（深圳）有限公司。

1.2主要设备和仪器

3 L密炼机，东莞市利拿实业（机械）有限公司；8寸开炼机，东莞市利拿实业（机械）有限公司；XW-221型平板硫化机，广州勋威精密检测仪器厂；TDS-2000型电脑拉力机，台湾高铁科技股份有限公司；M2000FAN型无转子硫化仪，台湾高铁科技股份有限公司；GT-7080S2型门尼黏度试验机，台湾高铁科技股份有限公司； 240-MS型气相色谱仪/质谱仪（GC/MC）及1260型高效液相色谱仪（HPLC），美国安捷伦科技有限公司。

2　汽车密封条总成VOC影响因素分析

影响EPDM汽车密封条VOC的因素有很多，主要有橡胶材料本身的挥发量、表面涂料的种类、粘贴的双面胶粘带的类型、涂覆的胶粘剂、硫化工艺、产品停放时间、环境温度等等。

2.1涂料

目前的密封条表面主要喷涂两种材质的涂料来提高耐磨性并降低表面光泽度，一种是聚氨酯涂层，主要起耐磨作用；另一种是有机硅涂层，主要降低表面光泽度和摩擦系数［1］。涂料中一般会使用到溶剂。以前的涂料一般使用成本较低的甲苯、二甲苯等有机物作为溶剂，但会造成喷涂后密封条表面有残留，时间长后会挥发出来，造成密封条产品的VOC挥发值超标。现在新型涂料一般为水基型涂料，VOC含量相对较低，对密封条整体的影响基本较小。

2.2胶粘剂或胶粘带

汽车密封条上一般会贴覆一些双面胶粘带或者泡棉，以便进行装配和密封。贴覆胶粘带和泡棉时需要使用到底涂或胶水来提高与密封条本体的粘接力。但是现有的胶水和底涂液一般为溶剂型溶液，本身含有大量的挥发性有机物，因此易造成密封条总成的VOC挥发量较大。一般应从产品装配方式和结构上进行改善，以降低胶粘带和密封泡棉的使用量。

2.3硫化工艺

由于密封条的VOC测试是在高温下进行的，因此在密封条硫化过程中提高微波热风硫化炉的温度也能减少密封条产品中VOC的残留量。通常的方法是提高产品的硫化温度或者延长热风硫化线体的长度，使密封条中低分子物质尽可能挥发，减少残留，降低密封条总成VOC的挥发量。

2.4停放时间

由于停放过程中，密封条中的有机物会慢慢挥发，因此随着时间的延长，密封条中残留的VOC应该越来越少。经过研究，密封条停放15 d后相比第1天时，其VOC挥发量可降低70%以上，这对于苯类物质尤其明显。

2.5环境温度

VOC主要以苯类物质和醛类物质为主。醛类物质的挥发温度较低，苯类物质则相对较高。一般随着温度的升高，有机物的挥发速度也会加快。经研究比对，相比20 ℃条件下存放一周，40 ℃条件下存放一周后密封条的VOC挥发量能够降低80%以上，这一数字比0 ℃条件下存放一周则更是降低了95%以上。环境温度主要对苯类物质影响较大，而对于醛类物质影响较小。这主要是因为醛类物质的沸点一般在0 ℃以下，温度对于其挥发速度的影响较小。

3　对密封条橡胶本体材料VOC影响的研究

除上述因素对密封条VOC的影响外，密封条主体橡胶材料对密封条总成的影响也比较大，主要与配方中使用的原材料种类和品质关系比较大。

EPDM橡胶密封条配方中主要的原材料种类是EPDM生胶、活性剂、补强剂、增塑剂、填充剂、促进剂、硫化剂［2］。经过对原材料种类和制备工艺的分析，可能影响配方VOC挥发量的主要成分应该是增塑剂。密封条配方中的增塑剂一般使用石蜡油。石蜡油主要是从石油中分馏制得的，而石油中会含有大量的低分子挥发物和其他有机物，因此从理论上推导，石蜡油的品质对于密封条橡胶材料的影响应该最大，因此应对石蜡油的影响做重点研究。

3.1样品制备

经过核算，单个密封条中石蜡油的用量一般在500 g左右，因此本次试验样品容量设定为500 g。石蜡油是液体，无法使用气相/液相质谱仪进行试验，需将石蜡油与其他载体进行混合：

第一步，分别选用三个厂家的石蜡油各500 g作为测试样品；

第二步，选用无机物轻质碳酸钙作为载体与石蜡油混合，制成膏状待测样品；

第三步，使用铝箔纸将测试样品进行保存存储，防止外部环境污染。

3.2性能测试

采用袋子法对样品进行VOC挥发量测定，样袋尺寸为50 L。

测试标准：按照长城汽车公司企业标准Q/CC SY248—2011方法，使用气相色谱仪/质谱仪（GC/MC）对样品的苯类挥发物进行测定；使用高效液相色谱仪（HPLC）对样品的醛类挥发物进行测定。

VOC测试结果见表1。

表1　样品的VOC测试数据表

图1　样品的VOC测试对比图

由表1数据可以看出，不同厂家和不同品质石蜡油的VOC挥发量差异很大，其中以P-3002中甲苯含量最高，R-2291次之，6110最小。其中甲苯挥发量更是差别100倍以上。

三种石蜡油样品的性能数据见表2。

表2　石蜡油样品性能参数对比表

石蜡油的运动黏度越高，证明其链状烷烃的分子链长度越长；闪点越高，则其油品越重，说明油品中低分子物质含量越低［3］。Ca表示分子结构中芳香烃组分的含量。Ca含量越高，则其分子中芳香烃含量越高。对比表1和表2可得，石蜡油闪点越高、芳香烃含量越低，则其VOC挥发量越低。这是因为闪点高的，其低分子易挥发物质含量越低。芳香烃含量越低，则相应苯类物质的挥发量越小。

4　汽车密封条橡胶VOC性能优化

根据上述结果对汽车密封条海绵橡胶配方进行优化。

4.1配方方案

基本配方（单位：份）：EPDM V8600 100.0，炭黑SP5000 80.0，轻质碳酸钙 40.0，石蜡油（变品种 P-3002/6110）65.0，活性剂氧化锌6.0，发泡剂二苯磺酰肼醚（OBSH）3.0，硫化促进剂 6.0，硫磺 1.2。

对比表3发现，更换新石蜡油（6110）后，胶料的硫化特性和硫化胶性能相比更改前并无明显变化，都能满足标准要求。而对比表4发现，更换新型石蜡油后每套密封条总成的VOC性能下降明显，特别是苯类物质下降幅度惊人，充分说明石蜡油品质对密封条产品VOC性能的影响较大。

表3　配方改进前后胶料性能

表4　改进前后密封条总成VOC测试数据

5　结　论

（1）影响汽车密封条VOC挥发量的因素除涂料种类、胶粘剂及胶粘带种类、硫化工艺、停放时间、环境温度外，橡胶本体材料对密封条总成的贡献量也很大，而影响橡胶本体材料VOC的主要原材料是增塑剂石蜡油。

（2）石蜡油的闪点越高，其芳香烃含量越低，则其VOC挥发值越小。相应地，使用此石蜡油的胶料制备的密封条总成，其VOC挥发量也越低。因此，降低EPDM橡胶密封条VOC挥发量的有效方法是采用更环保的无色石蜡油。

Keуwords: Weather strip； Raw Materials； Paraf fi n Oil

［1］蔡建华，刘伟华.汽车密封条在线喷涂技术［J］.橡胶工业，2006，53（2）：95-98.

［3］杨清芝.实用橡胶工艺学［M］.北京：化学工业出版社，2005：156-159

［2］唐斌，李晓强，王进文.乙丙橡胶应用技术［M］.北京：化学工业出版社，2005：90-129.

［责任编辑：朱 胤］

Impact Factors and Optimization for the VOC Performance ofWeatherstrips in Automotives

Liu Yanbo，Gao Bingtuo，Lü Zhanyou，Zhang Bing
（ Nuobo Rubber Production Co.，Ltd.，Baoding 072550，China）

The EPDM sponge rubber weatherstrips were studied.The contribution of the different kinds of raw materials to the VOC performance and the mechanism of the VOC emissions were analyzed.The environment conditioning time，raw rubber，carbon black，plasticizer，curing system，adhesives and tapes，and other factors affected the VOC performance.Optimum raw material and production process were developed to meet the requirements of low VOC emission weatherstrips.

TQ 336.4+2

A

1671-8232（2016）04-0009-04

柳延波（1989—），男，本科，助理工程师，主要从事高分子材料的开发工作。

2016-01-12