自動車市場向けの UV 安定化熱可塑性エラストマー: 実践ガイド

7 月の駐車場は、自動車業界で最も耐久性の高いベンチの 1 つです。暗いインストルメントパネルの表面温度は周囲温度をはるかに超えて上昇し、紫外線が到達するすべてのポリマー鎖に作用し続けます。生産開始時には完璧に見えた部品も、数夏以内に白っぽくなったり、べたべたになったり、目に見えて明るくなったりすることがあります。そのため、UV 安定化熱可塑性エラストマーは、データシート上の「あると便利」という項目から、ほとんどの自動車材料仕様における固定要件に移行しました。

熱可塑性エラストマーは、ゴムのような感触と熱可塑性加工を組み合わせているため、車両に使用されています。加硫ステップが不要で、サイクルタイムが短く、スクラップを再研磨できることが多いためです。しかし、すべての TPE が屋外で同じように老化するわけではありません。通常、違いは 2 つのことに帰着します。ポリマー主鎖の飽和度と、その周囲に構築された安定化パッケージの品質です。両方を理解すると、グレードの選択がはるかに予測しやすくなります。

UV安定性が現在購入基準となっている理由

ウェザリングはかつては他人事でした。外側のトリムは金属か大量に充填されたプラスチックで、内側はPVCの皮で覆われており、アザラシが15年間も美しい状態を保つとは誰も予想していませんでした。現在、TPE は、太陽光、熱、機械的ストレスが同時に到達する場所に発生します。

• 外装シーリングプロファイル、ガラスランチャンネル、ベルトライントリム、ウォーターディフレクター
• 電気自動車のホイール アーチ エクステンション、ルーフ ラック パッド、マッド フラップ、充電ポート ガスケット
• インパネスキン、ドアロールカバー、コンソールリッド、キャビン内のソフトタッチグリップ
• 成形された引き裂き継ぎ目を備えたエアバッグ カバー。経年変化により引き裂き挙動が変化します。

3 つの傾向が要件を押し上げました。重量を節約するために壁のセクションが薄くなり、所定の UV 線量を吸収する材料が少なくなりました。色は深い黒と飽和した色調へと移行し、汚れを隠しながらもより熱くなります。そして、保証の期待が長期化したため、部品は 3 か月目の状態ではなく、10 年目の状態で判断されるようになりました。

UV 安定化に実際に関係するもの

耐候性 TPE は、1 つの奇跡的な添加剤の製品ではありません。 3つの防御線が同時に機能するシステムです。

1. バックボーンの化学。 飽和ミッドブロックは不飽和ミッドブロックよりも反応部位がはるかに少ないため、添加剤を考慮する前にチェーンが酸化に耐えます。
2. スタビライザーパッケージ。 一次および二次酸化防止剤が溶融物と耐用年数を保護し、ヒンダードアミン光安定剤が光酸化サイクルを遮断し、紫外線吸収剤が高エネルギー放射線が敏感な結合に到達する前に遮蔽します。
3. 表面と顔料。 カーボン ブラックと厳選された顔料システムがポリマー全体を保護し、マットな表面またはコーティングされた表面により劣化の見え方が変わります。

TPE は単一の樹脂ではなく複合材料であるため、同じベースポリマーでも 2 つの配合ではまったく異なる挙動を示す可能性があります。これが、データシートだけを比較するのではなく、最終用途での暴露について材料サプライヤーと話し合う実際的な理由です。

バックボーンファースト: 水素添加ミッドブロックの老化がより遅い理由

スチレン-ブタジエンブロックコポリマーは、二重結合が残ったポリブタジエンミッドブロックを保持しています。これらのアリル位はまさに酸素と UV エネルギーが優先的に攻撃する場所であり、架橋と鎖切断の組み合わせが生成されます。目に見える結果としては、通常、チョーキング、色ずれ、および部品を曲げた瞬間に現れる表面亀裂が発生します。

水素化によりこれらの二重結合の大部分が除去され、ミッドブロックが飽和ゴムセグメントに変換されます。水素化スチレン-ブタジエン ブロック コポリマー (SEBS) および水素化スチレン-イソプレン コポリマー (SEPS) は、熱可塑性二相構造を維持しながら、配合者にはるかに静かに作業できるポリマーを提供します。水素化イソプレン ポリマー (EP) は、ポリスチレン ブロックを持たず、独立した熱可塑性エラストマーではなく飽和改質剤として機能するため、さらに異なる方向に進みます。これらの違いの背後にある化学と、それがどのように耐酸化性に影響するかについては、「ノート」で詳しく説明します。 ブロックコポリマーが紫外線暴露や環境劣化にどのように反応するか .

水素化スチレン-ブタジエンブロック共重合体(SEBS) Hシリーズ プラスチック改質、履物、TPE、フィルム、医療製品に使用される水素化 SBS 熱可塑性エラストマー用の ZHOPOLY H シリーズ SEBS グレードをご覧ください。 製品を見る→

主な自動車グレードのオプションの比較

以下の表は、仕様ではなく、会話の出発点です。硬度、オイル含有量、安定剤の配合量によって、境界は大幅に変化します。

太陽光が届かない場所でも、不飽和グレードは依然として完全に実用的です。トリムパネルの下に配置されるホイールアーチライナーやカーゴエリアマットには、カタログの中で最も高価なスタビライザーシステムは必要ありません。このような用途では、仕様で長時間の熱老化が要求されない限り、SBS ベースのコンパウンドが経済的な選択肢となります。

中壢 SBS シリーズ スチレン-ブタジエン ブロック共重合体 UV や熱老化の要求が低いアスファルトやポリマー改質、接着剤、履物、シーリングにおける不飽和スチレン系エラストマー用の中壢 SBS グレードを確認してください。 製品を見る→

多くの自動車用 TPE は、きちんとしたエラストマーとしてはまったく成形されていません。これらは、水素化ブロック共重合体がポリプロピレンまたは TPO マトリックスに分散されたブレンドです。そのため、配合業者は頻繁に当社と協力して開発に取り組んでいます。 プラスチック改質と衝撃強化 エラストマー部品のみではなく。

部品が 10 回の夏に耐えられるかどうかを決定する複雑な詳細

スタビライザーの選択は数字遊びではありません

ヒンダードアミン光安定剤を追加すれば自動的に良くなるわけではありません。 HALS グレードは塩基性が異なり、塩基性の高いタイプは酸性残留物、ハロゲン化難燃剤、または特定の顔料処理とひどく相互作用する可能性があります。ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤は薄い部分や明るい色の場合によく機能しますが、カーボンブラックを充填した黒い部分は HALS と一次酸化防止剤に大きく依存することがよくあります。チオ相乗剤は長期の熱老化を改善しますが、光安定性に悪影響を与える可能性があるため、実際の暴露プロファイルに合わせてバランスを調整する必要があります。

色はすべてを変える

ライトベージュのピラートリムとブラックのベルトラインシールは同じ太陽に面していますが、劣化の仕方が異なります。淡い部分はほぼすぐに黄ばみが現れるため、吸収剤の遮蔽がより重要になりますが、厚い黒い部分は表面の安定性と光沢保持に依存します。メタリック顔料やエフェクト顔料には、酸化を促進する触媒残基が混入することがあります。これが、顔料のグレードを配合者に開示する必要がある理由の 1 つです。

移行、曇り、および機内の空気

自動車の内装仕様では、揮発性物質と凝縮性物質の排出がますます制限されています。表面にブルームするほど流動性の高い添加剤は、短期的な滑りや剥離には役立ちますが、曇りの結果が損なわれ、ガラス上に曇った膜が残る可能性があります。添加剤の耐久性と部品の熱履歴を一致させることは、後付けではなく設計作業の一部です。

ボンネット下およびシーリング用途: 異なる応力プロファイル

自動車の風化問題のすべてに太陽光が関係しているわけではありません。内部では、主なストレス要因は熱、酸素、油、冷却剤、オゾンであり、多くの場合、周期的に組み合わされています。直接 UV は制限されていますが、熱酸化はより速く進行し、硬化、圧縮永久歪み、またはクランプされたエッジでの亀裂として目に見えます。 EP などの完全に飽和したポリマーは、最も弱い結合となる残留不飽和がなく、持続的な高温に耐えられるため、ここでは魅力的です。

水添イソプレンポリマーEP ZL-D700 ZL-D700 は、耐熱性と耐酸化性が重要となる潤滑剤粘度指数の向上、ポリオレフィン改質、接着剤、シーラント用の飽和星型 EP ポリマーです。 製品を見る→

業界はどのように耐候性をテストしているか

促進耐候性は、テストサイクルが用途に似ている場合にのみ意味を持ちます。外部サイクルは内部サイクルよりも高温で湿った状態で動作し、内部サイクルにはキャビンのガラスを模倣するガラスフィルターが含まれることがよくあります。仕様に含まれる一般的な参照には次のようなものがあります。

• ISO 4892-2 および ASTM G155 キセノンアーク暴露、水スプレーありまたはなし
• ASTM G154 および ISO 4892-3 蛍光 UV (UVA-340 ランプ付き)
• SAE J2527 および J1960 自動車外装サイクル
• 個々の自動車メーカーが作成したサプライヤー固有のサイクル

次に、結果は測定可能な基準、つまりデルタ E として表されるカラーシフト、グレースケール評価、光沢保持率、および引張強度と伸びの保持率に基づいて判断されます。一般的な目標では、カラー シフトが 3 単位未満で、少なくとも 80% の伸び保持率が求められますが、数値は OEM 間、および内部ゾーンと外部ゾーン間で大きく異なります。オーバーモールド部品の表面の粘着性、屈曲時の亀裂、接着力の低下も、バルク特性が変化する前に現れることが多いため、視覚的にチェックされます。

スタビライザーパッケージを保護する処理習慣

適切に配合された化合物であっても、プロセスが厳しい場合には失敗する可能性があります。本番環境で重要な実践的なポイント:

1. 吸湿性フィラーとマスターバッチは乾燥させ、エラストマーは密封包装で保管してください。
2. 適度なせん断力を持つスクリュー形状を使用し、高い溶融温度での長い滞留時間を避けてください。
3. 安定剤マスターバッチを均一に分散させます。未溶解の凝集体は局所的な弱点となります。
4. 熱履歴を繰り返すと抗酸化能力が消費されるため、再生率に注意してください。
5. 界面の劣化が始まる可能性があるツーショットまたは共押出成形品の結合ゾーンを制御します。

長期的なパートナーの選択

耐候性性能はシステムの特性であるため、サプライヤーが実際に変数をどのように制御しているかを尋ねる価値があります。これは、SBS、SEBS、SEPS、および EP ファミリーにわたる水素化機能、分散制御システムによるプラント制御、および原材料の摂取から最終製品までの 8 つの検査段階を意味します。当社のポスドクワークステーションと研究開発チームは、反応押出によるブロック構造の設計と機能化に多くの時間を費やしています。これはまさに、顧客が同じ屋外耐久性を備えたより柔らかいグレードを要求する場合に必要なツールキットです。

ほとんどの自動車プロジェクトには、仕様は要望リストではなく会話であることを理解するサプライヤーも必要です。通常、露出サイクル、壁の厚さ、色、接合方法を送信していただくと、硬度の数値だけを送信するよりも有益な回答が得られます。

実践的なポイント

• 飽和したバックボーンから始めて、実際の露出ゾーンの周囲にスタビライザー パッケージを設計します。
• 顔料、断面の厚さ、表面仕上げを、装飾ではなく UV ソリューションの一部として扱います。
• 加速テストを実際の環境に合わせます。内部サイクルと外部サイクルは互換性がありません。
• 熱履歴により、支払った保護効果が静かに消費されるため、処理中に配合物を保護します。
• 保護部品には不飽和グレードを維持し、太陽光よりも経済性が重要な場合に使用してください。

どれも複雑なものではありませんが、早めに計画を立てることが大切です。ポリマーの化学的性質、添加剤システム、およびプロセスウィンドウを組み合わせて選択すると、UV 安定化熱可塑性エラストマーは、保証期間ではなく車両の寿命にわたって柔軟性と見栄えを維持できます。