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Vamac乙烯、丙烯酸酯弹性体在汽车中的应用

作者:admin  来源:本站  发表时间:2011-7-4 16:09:24  点击:3258
  Vamac是杜邦公司为乙烯/丙烯酸酯(AEM)弹性体注册的商标名称。该产品于1974年商业化,并按照美国材料协会ASTMD2000的有关内容将名称缩写为AEM。Vamac是一种特殊的弹性体,与CR、Hypalon、EPDM、CPE和ECO等弹性体相比,它在耐热、耐油性方面均有显著的提高;而与氟弹性体、氟硅橡胶和HN—BR相比,它的价格则低许多。它适用于生产汽车工业中性能要求较高的橡胶部件。
  今天,Vamac混炼胶的应用也日益多样化。它被用于汽车发动机和传动系统的各种密封部件和软管,以使部件具有良好的综合性能和可靠性,如耐高低温性和耐油性。AEM在动力系统密封部件的应用实例有:活塞密封、凸轮盖垫片、汽缸前盖密封、油盘垫片和各种O形圈等。现有的软管应用包括:发动机涡轮增压管、发动机空气冷却管、传动油冷却管、动力转向管(低压)、空调管、各种气管和燃油通风管(PVC管)等。Vamac混炼胶同时也是用生产同轴扭力阻尼器的一种极好的高温材料,它在宽广的温度范围内具有较高并且连续稳定的阻尼作用(tano)。
  本文旨在与业界一起回顾有关Vamac的一些技术信息,例如:产品、混炼胶性能和在汽车中的应用等。
  lVamac产品类型及牌号
  Vamac产品可分为两类,即VamacG型三元共聚物和D型二元共聚物。这两种类型产品的分子结构如图l所示。G型三元共聚物由乙烯、甲基丙烯酸酯(MA)和一个有机酸硫化单元构成,它通常采用二胺硫化体系。D型二元共聚物则仅由乙烯和甲基丙烯酸酯构成,硫化是采用过氧化物进行的。
  G型和D型聚合物的主链为完全饱和结构,因此都有极佳的抗臭氧、氧气和紫外线的作用。同时,乙烯和甲基丙烯酸酯单体为AEM共聚物带来了良好的高温稳定性,乙烯单体还提供了优异的低温柔性;而具有极性的甲基丙烯酸酯和硫化单元则提供了良好的耐油性能。通过乙烯和甲基丙烯酸酯比例的最佳化,可以使产品耐高温性和耐油性得到良好的平衡,从而取得最好的综合性能。AEM聚合物的存放期较长,可达几年。
  图1AEM聚合物的分子结构
  Vamac现有产品牌号如表l所示。一些性能更佳的新产品正在试验与评估中,在不久的将来也会有所介绍。
  表1Vamac产品商业牌号
  一般来计,G型三元共聚物需要通过二段硫化来获得最佳的性能,特别是压缩永久变形性。D型二元共聚物在应用中可根据要求而无需二段硫化,但是短时间的二段硫化(175℃×30min)将会进一步改善压缩永久变形性能。
  Vamac共聚物含有非常少量的残留单体。因此建议在储存、处理和加工区域应有良好的通风。
  2AEM混炼胶特性和性能
  Vamac弹性体的胶料配方和混炼·工艺相对比较简单。表2给出了VamacG典型混炼胶的配方和主要特性。牌号G因为有较好的包括加工性能在内的综合性能,所以建议在大多数的汽车应用中以G牌号为主进行配方设计。如需更好的耐油性能,则可使用GLS牌号;如希望采用过氧化物硫化,则可选用DP牌号;在某些软管应用中,希望有较强的抗挤出塌陷性,可单独选用HVG牌号或将HVG牌号与G牌号并用。在选定Vamac牌号之后,可以很容易地通过调整配方,如填充剂、增塑剂和硫化程度等来获得所需的性能。
  表2典型VamacG混炼胶的特性
  ASTMD2000将AEM的耐热性归类于E型。这表示Vamac回通过了指定的175℃热空气老化实验。事实上,AEM混炼胶在短期内可以承受高达200℃的高温。在实际应用中,Vamac被证明可以在165℃~170℃的温度下长期使用。对于采用G牌号添加10份醚—酯类增塑剂的混炼胶制成的部件,在—40℃的鼓式弯曲试验中依然保持其柔韧性能。表3列出了表2所示配方的VamacG混炼胶在150℃下的热空气老化试验的数据,从中可看到AEM优异的耐热性。在6个星期的热老化试验之后,其强度和伸长率依然可保持初始状态90%的水平。
  针对大多数汽车用油[包括发动机润滑油、汽车传动油(ATF)、动力转向油以及测试油SFl05等],AEM混炼胶都显示出非常好的耐油性。汽车用油正渐渐转向精馏矿物油、合成油或混合油等。这些油品有着更长的使用寿命或更好的燃料效率,所以它们的性能也更佳。AEM混炼胶在这些新的油品中显示出更好的性能。而许多传统的橡胶材料(如CPE、CSM和ECO)却由于受到此类新油品中添加物的破坏而更易加速老化。
  表3VamacG混炼胶在150℃空气中的热老化性能
  图2给出了三种AEM牌号(G,GLS,DP)制得的混炼胶,在三种国内常用的5W40油中、150℃下6周(1008h)老化试验中的体积膨胀率。值得说明的是在这6周的试验结束时,三种混炼胶的拉伸强度并未变化,同时伸长率也保持在原始值以上。这种在油中低或中等程度的体积膨胀以及很小的性能变化,才是Vamac具备优秀密封性能的根本所在。它也保证了在软管被夹紧时优异的长期密封性。
  图2三种5w40机油中150℃、6周(1008h)后三种AEM混炼胶的体积膨胀
  除了具有非常好的耐热性和耐油性外,Vamac硫化胶还同时具有极佳的压缩永久变
  形,良好的屈挠性、机械强度和低温柔性,优异的压缩应力回复性能和与金属骨架良好的粘结性能。另外,它在较宽温度范围内都具有稳定的阻尼性能,并且可用于生产低烟、无卤和低腐蚀性的产品(见表4)。
  表4Vamac硫化胶特性
  AEM混炼胶通常在后硫化后具有极好的压缩永久变形性能。由于它在汽车油液中优异的压缩应力回复性能(CSR),使它成为在高温动力系统设计中非常适用的一种密封件材料。图3所示为AEM混炼胶在Cecilia20油中150℃下长达3000h的试验的CSR数据。AEM混炼胶所具有的另一个特性是在较宽的温度和频率范围内,它的阻尼性能(tano)很稳定。加上优异的耐高温性,AEM是那些有高温要求的扭力阻尼器的首选材料。
  图3在MobilSAE5W40Cecilia20油中150℃下压缩应力回复曲线
  (Shawbury-Wallace测试设备)
  3Vamace在汽车中的实际应用
  AEM在发动机和传动系统中的密封部件和O型圈上的成功应用已有30年的历史。近年来,由于引擎罩下温度的不断提高和新机油的采用,AEM已被北美和日本的主要厂家用于制造TOC软管。在欧洲,AEM因其良好的耐热性和动态疲劳性,而成为用来制造发动机涡轮增压管和空气管的首选材料。表5列出了AEM在动力系统中的主要应用。随着LEVⅡ标准将于2006~2007年在北美开始执行,AEM将会取代硅橡胶进一步扩展在动力系统密封部件上的应用。LEVⅡ标准还要求对有机气体排放有关的橡胶部件必须能够连续使用达15年或24万公里。这就将进一步加速由传统橡胶转换到特种弹性体,如AEM和氟弹性体(FKM)等。
  表5AEM在欧、美、日汽车中的应用实例
  4结论
  自1994年正式商业化以来,AEM在汽车动力系统中的应用日益增多。从—40℃到170℃如此之宽的使用温度范围和良好的耐油性能,将使AEM在汽车工业中发挥更大的作用。

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