CN101331197A - 具有使噪声和/或摩擦降低的水性分散体涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于橡胶和聚合物基材的水性分散体涂料,该水性分散体涂料包含聚硅氧烷和可固化的聚氨酯的共混物以及多种添加剂,如聚氨酯交联剂、耐热性填料等。在涂敷过的基材与制品接触或相对移动时,所述水性分散体涂料可降低噪声,并在一段时间内维持它们之间的初始静摩擦系数。所需的最终用途是作为车辆密封条(如车门用密封条、卡车用密封条和其它密闭制品用密封条)上的涂层。
Description
技术领域
本发明涉及基本上不含有机溶剂的水性组合物,当该水性组合物作为涂料被涂敷到橡胶或聚合物基材(如车辆密封条)上时,降低基材与某一制品接触时的噪声的量,并且它们之间的初始静摩擦系数在一段时间内保持。
背景技术
迄今为止,尽管车辆密封条屏蔽外部环境因素(如风、雨、雪和冻雨)进入车辆内部,但其通常不会降低,甚至反而可能有助于提高车辆的内部噪声水平。因此车辆的内部噪声水平通常远高于40dBA。
多年来,人们已经对车辆密封条(如汽车密封条)进行涂敷,起初使用溶剂型聚氨酯体系进行涂敷,近年来使用水性聚氨酯体系进行涂敷。尽管这些涂料必须通过各种汽车性能测试(其随着原始设备制造商(OEM)的不同而有不同),但它们的噪声水平通常不令人满意。此外,由于涂料中含有多种填料(如蜡或有机硅),这些填料迁移到密封条的表面上并最终被除去,从而使摩擦系数增加,因此通常无法保持低的摩擦系数(COF)值。
日本专利文献61155432的摘要涉及制备这样的一种涂料组合物,该涂料组合物通过使用可固化的聚氨酯、可固化的有机硅和增粘剂作为该涂料组合物的主要组分,在涂敷到高分子弹性体(如目标物、尤其是非极性橡胶)的表面上时,据称可提高粘附力、润滑性、憎水性、耐冻性、耐磨性等。
日本专利文献61155431的摘要涉及制备这样的一种涂料组合物,该涂料组合物通过使用可固化的聚氨酯、聚有机硅氧烷组合物和增粘剂作为该涂料组合物的主要组分,当涂敷到非极性高分子弹性体(如EPT橡胶)的表面上时,据称可提高粘附力、润滑性、憎水性、耐磨性、耐冻性等。
日本专利文献61138636的摘要涉及提供这样的一种组合物,该组合物含有可固化的聚氨酯(其是由多价异氰酸酯和多元醇构成的)和可固化的有机硅作为成膜用成分,通过一次涂敷处理(one-coattreatment)产生牢固的粘结,进而形成据称具有优良的光滑性、憎水性、隔音性和耐磨性的表面。
日本专利文献58071233的摘要涉及摩擦噪声的抑制,通过使用含有聚合物的并配合有一定含量的聚氨酯涂料的表面处理剂,形成表面固着性涂层,并据称由此提高了抗滑性和粘附力。
美国专利No.6,742,784涉及一种汽车用密封条或车窗玻璃。所述密封条包含由弹性体形成的主体。可与除了密封条之外的部件进行滑动接触的滑动接触部分牢固地形成在该主体上,其含有具有亲水性和吸水性中至少一种特性的材料。滑动接触部分可与主体一体形成,从而形成一整体式结构,其中滑动接触部分是由弹性体形成的,并且主体和滑动接触部分的弹性体含有具有亲水性和吸水性中至少一种特性的材料。
附图简要说明
附图为涉及其上具有本发明涂层的典型车辆密封条的剖视图。
发明概述
作为用于橡胶或聚合物的涂料,水性分散体组合物包含其中含有至少一种聚硅氧烷和至少一种聚氨酯的聚合物共混物,以所述聚合物共混物中所有所述聚硅氧烷和所有所述聚氨酯聚合物的总重量为基准,所述至少一种聚硅氧烷本身占约50重量%至约85重量%,所述至少一种热固性聚氨酯本身占约15重量%至约50重量%,所述聚氨酯衍生自脂肪族二异氰酸酯。可添加各种填料(如高耐热性的高分子量聚烯烃聚合物),相对于所述聚合物固体(如至少一种聚硅氧烷和至少一种热固性聚氨酯)的总重量,其量为约5重量份至约35重量份。其他填料(如各种聚酰胺、二氧化硅、聚四氟乙烯、硅橡胶粉末和陶瓷微珠)一般会降低干燥条件下的噪声值,但通常不会降低润湿条件下的噪声值。所得分散体涂料基本上不含有机溶剂,在涂敷于聚合物或橡胶基材(如EPDM密封条)上时,其将车辆的内部噪声水平降低至小于约38dBA。该涂料还提供摩擦力低的表面,与通常经涂敷的密封条不同,其摩擦力不会随着时间的推移而增加。
发明详述
本发明的水性分散体涂料组合物含有至少一种聚硅氧烷,优选为包含具有至少一个由以下化学式表示的重复单元的聚硅氧烷的水性分散体的形式:
其中R1和R2独立地为具有1至约4个碳原子的烷基,优选为甲基。因此,聚二甲基硅氧烷为优选的聚硅氧烷。在该涂料被涂敷到基材上并固化后,所述一种或多种聚硅氧烷提供耐磨性,并降低摩擦系数的值。合适的数均分子量通常为约100,000至约500,000,有利地为约200,000至约400,000。这种聚硅氧烷是本领域已知及文献中描述过的并且是市售可得的,其在水中的固体含量通常为约20重量%至约50重量%,有利地为约25重量%至约40重量%。
本发明的聚硅氧烷基本上不具有胺端基。即,相对于所有聚硅氧烷聚合物的总重量,通常不足约10重量%,有利的是低于约5重量%,优选低于约2重量%或约1重量%的聚硅氧烷上具有胺类基团。最优选的是,所述聚硅氧烷聚合物不具有胺端基。所述至少一种聚硅氧烷本身(即所有的该聚合物本身,100%为固体且不含水)的总量通常为所有所述一种或多种聚硅氧烷和所有所述一种或多种聚氨酯本身(即所有聚氨酯聚合物,100%为固体且不含水)的总重重的约50重量%或约53重量%至约85重量%,有利的是约55重量%至约80重量%,优选为约60重量%至约75重量%。
一种或多种不同的聚氨酯优选以水性分散体的形式提供结构整体性以及对于天气环境(如风、雨、冻雨、和雪)的耐久性和对于严寒和高温的耐久性。这类聚氨酯是市售可得的,并且衍生自一种或多种多异氰酸酯和一种或多种羟基封端的中间体(如聚碳酸酯中间体、聚酯中间体、或聚醚中间体,或它们的组合,优选聚碳酸酯中间体)。
聚碳酸酯(也称为二聚二元醇碳酸酯)是本领域公知及文献中描述过的,其通过由下式表示的碳酸酯基团连接在一起:
并且含有具有约1至约20个碳原子的一种或多种烃基,其中双酚A是非常常规和有利的基团。有利的是,所述聚碳酸酯是由一种或多种芳族二元醇(如双酚A、四溴双酚A、四甲基双酚A、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯乙烷、3,3-双(对羟基苯基)苯酞或双羟基苯基芴)制得的。所述聚碳酸酯可以通过任意一种已知的方法(如界面法、溶液法或熔融法)由原料制得。众所周知,可以利用合适的链终止剂和/或支化剂来获得所需的分子量和支化度。在需要聚碳酸酯共聚物或杂聚物而不是聚碳酸酯均聚物的情况下,所述聚碳酸酯可衍生自两种或多种不同的芳族二元醇,或芳族二元醇和脂族二元醇,或者羟基或酸封端的聚酯,或二元酸。
聚醚中间体是本领域熟知及文献中描述过的,并且通常具有由-R-O-表示的重复单元,其中R为具有1至6个碳原子、优选2或3个碳原子(即亚乙基或亚丙基)的亚烷基。聚氨酯水性分散体及其制备方法的实例是本领域已知及文献中描述过的,并且在下述专利文献中有所描述:美国专利5,312,865;5,555,686;5,696,291;4,876,302和4,567,228,这些专利文献的全文以引用方式并入本文中。通常,可通过使用这样的聚醚多元醇来制备亲水性聚醚型聚氨酯,该聚醚多元醇具有至少两个、优选三个羟基,其数均分子量为2,000至约20,000,有利的是约2,000至约5,000,优选为约4,000至约5,000,并且具有环氧乙烷(EO)与环氧高级烷烃的摩尔比为1∶1至1∶4的无规环氧乙烷单元。所述环氧烷烃可选自:环氧丙烷(PO)、环氧丁烷、环氧戊烷、环氧己烷、氧杂环丁烷、四氢呋喃以及它们的混合物。亲水性多元醇优选为包含约50%至约70%的EO和约30%至约50%的PO的聚氧乙烯-聚氧丙烯多元醇。特别优选的聚醚三元醇包含约68%的EO和约32%的PO。在制备亲水性多元醇时也可使用其它的EO∶PO比,只要所得多元醇的亲水性不受到显著的不良影响即可。这些比例可通过常规的试验来确定。
各种羟基封端的聚酯包括由下式表示的连接基团:
其通常是由具有约2至约10个或约20个碳原子的二羧酸或其酸酐与具有约2至约20个碳原子、优选约2至约6个或约8个碳原子的二元醇反应而制得的。所述二羧酸及其酸酐的实例包括:马来酸、马来酸酐、琥珀酸、戊二酸、戊二酸酐、己二酸、辛二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、氯茵酸、1,2,4-丁烷-三羧酸、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的异构体、邻苯二甲酸酐、富马酸、二聚脂肪酸(如油酸)等,以及它们的混合物。二元醇的实例包括各种亚烷基二醇(如乙二醇;1,2-丙二醇和1,3-丙二醇;1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇和2,3-丁二醇;己二醇;新戊二醇;1,6-己二醇;1,8-辛二醇),和其他二元醇:如双酚A、环己二醇、环己二甲醇(1,4-双-羟甲基环己烷)、2-甲基-1,3-丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇、一缩二丙二醇、聚丙二醇、一缩二丁二醇、聚丁二醇、己内酯二醇、二聚酸酯二醇(dimerate diol)、羟基化双酚、卤化二醇等,以及它们的混合物。优选的二元醇通常包括:乙二醇、丙二醇、丁二醇和己二醇。这种聚酯多元醇是本领域已知及文献中描述过的。
为了提高聚氨酯在水中的分散性,本发明羟基封端的聚氨酯中间体还可以含有其他亲水性基团。这种亲水性基团一般为主链的侧基,其包括羟基、羧基等,它们可以进行交联,从而导致聚氨酯固化。羟基的实例是人们熟知的,其包括上述聚酯中间体的形成中所阐述的二元醇,其全部内容以引用的形式并入本文中。羧基的实例也是本领域已知及文献中描述过的,可包括由通式(HO)xQ(COOH)y表示的羟基羧酸,其中Q为具有1至12个碳原子的直链或支链的烃基,x和y独立地为1至3。这种羟基羧酸的实例包括(但不限于):柠檬酸、二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)、羟基乙酸、乳酸、苹果酸、二羟基苹果酸、二羟基酒石酸等,以及它们的混合物。
为了赋予聚氨酯良好的耐候性,与一种或多种羟基封端的中间体反应的各种异氰酸酯优选为脂肪族或脂环族二异氰酸酯。这种具有4至约20个碳原子的二异氰酸酯的合适的实例包括:二环己基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(H12MDI)、3,5,5-三甲基-1-异氰酸基-3-异氰酸基甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯或IPDI)、1,4-丁二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷、1,6-己二异氰酸酯(HDI)和1,12-亚十二烷基二异氰酸酯。当然,如果使用三异氰酸酯或四异氰酸酯,则会导致聚氨酯的交联。
本发明所用的聚氨酯的形成方法是本领域熟知及文献报道过的,并且是市售可得的,所述方法可作为聚氨酯的制备方法。因此,反应通常在诸如甲乙酮或N-甲基吡咯烷酮之类的有机溶剂中进行。有利的是加入中和剂以使聚氨酯与水的相容性更好。中和剂包括:胺,如N-甲基吗啉、三乙胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、吗啉二甲基异丙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇等,以及它们的混合物。链延伸通常是有利的,尽管可以使用各种二元醇,但是总共具有约2至约20个碳原子的二元胺是有利的。二元胺的实例包括:乙二胺、1,6-己二胺、哌嗪、三(2-氨基乙基)胺和胺封端的聚醚,以及它们的混合物等。中和后通常加入水。随后,可通过各种已知技术(如蒸发、萃取技术的利用等)除去有机溶剂,得到高分子量的水性聚氨酯。
本发明聚氨酯的数均分子量通常为约50,000至约500,000,优选为约150,000至约400,000。水中聚氨酯固体的量通常为约20重量%至约50重量%,有利的是约25重量%至约40重量%。优选聚碳酸酯基聚氨酯。
本发明水性分散体组合物中所用的一种或多种聚氨酯本身(即全部聚氨酯聚合物,100%为固体且不含水)的量通常为所有聚合物(即一种或多种聚硅氧烷固体和一种或多种聚氨酯)的总重量的约15重量%或约50重量%,有利的是约20重量%至约45重量%,并优选约25重量%至约40重量%。
虽然各种添加剂可能含有一些有机溶剂,但任意一种或全部有机溶剂的总量较低,即通常低于水性分散体组合物(包括其中的各种添加剂)的总重量的约7重量%,有利的是低于约5重量%,优选低于约2重量%。因此,本发明的水性分散体组合物是环境有好的,并且当涂敷到橡胶或聚合物基材上时,提供低的噪声和低的摩擦系数。
本发明的聚氨酯可在水性分散体组合物涂敷到基材上后进行交联反应。交联或固化,是指单独的聚氨酯链与至少一个、优选至少两个其它不同的聚氨酯链在除了它们的端点之外的点处化学结合。本发明优选的交联机理是通过聚氨酯的一个或多个羧酸侧基进行的。合适的交联剂包括本领域已知及文献中描述过的各种碳二亚胺。可选择地,可使用其上具有两个或多个吖丙啶基团的各种吖丙啶,如三羟甲基丙烷-三-(B-(N-吖丙啶基)丙酸酯)和季戊四醇-三-(B-(N-吖丙啶基)丙酸酯)。碳二亚胺和聚吖丙啶交联剂是有利的,并且可以在约50℃至约200℃、有利的是约80℃至约190℃的温度下、在约2分钟至约30分钟的相对较短的时间内固化。交联反应自然应当在水性分散体组合物已经涂敷到最终基材上之后进行。交联剂的量通常为聚硅氧烷-聚氨酯分散体组合物的总重量的约0.5重量%至约10重量%,有利地为约1重量%至约5重量%。
本发明的重要方面是使用一种或多种聚烯烃,优选聚乙烯(如粉末状结晶型耐高温聚乙烯),因为当涂敷到车辆密封条(例如汽车密封条)上时,它们可降低干燥条件和湿润条件下的噪声水平。这种聚乙烯是市售可得的,因此是本领域已知及文献中描述过的。相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身(即不含水和溶剂)总共100重量份的用量,聚烯烃(如所述聚乙烯)的量通常为约5重量份或约8重量份至约35重量份,有利的是约10重量份或约15重量份至约25重量份或约30重量份。优选的是,聚乙烯的重均分子量通常较高,为约2百万至约5百万,有利的是约3百万至约4百万,因此可归为超高分子量的聚乙烯。聚乙烯粉末的尺寸可以变化,其平均粒径为约20微米至约50微米。
为了赋予水性分散体涂料组合物和/或其固化后涂层各种特性,可使用各种添加剂,例如填料、陶瓷微珠、光泽控制剂、颜料、流变改进剂、润湿剂等。
填料被用于降低成本,并且经常被用于降低COF和噪声。有利的是,填料为各种聚合物,例如尼龙、聚四氟乙烯、聚烯烃和硅橡胶粉末。这些填料有助于降低干燥后的本发明水性分散体涂料的摩擦系数。然而,对于噪声的降低而言,这些涂料通常仅对干燥条件下的噪音性能表现出改善的效果。
避免使用卤化聚合物,因为现已发现它们通常无法降低噪音水平(无论是湿润条件还是干燥条件下的噪音水平),并且它们通常很昂贵。这种聚合物包括:聚氯乙烯和各种碳氟聚合物,如聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚三氟氯乙烯。如果使用,卤化聚合物的量很小,例如,相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,卤化聚合物的量通常低于约10重量份,有利地是低于约5重量份,优选低于2或1重量份,更优选为0(即0重量份)。
另一类避免使用的化合物为各种增粘剂,因为增粘剂通常破坏低的摩擦系数值,并且具有粘性,无法对与金属、塑料等产生快速的剥离,同时粘附尘土和灰尘。需避免使用的增粘剂的实例包括:各种芳香烃和脂肪烃树脂、各种松脂(如妥尔油松香和松脂的酯)、松焦油、各种酚醛树脂、各种烷基酚醛树脂等。任何使用的增粘剂的量都很低,例如,相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,该增粘剂的量通常低于约10重量份或5重量份,有利地是低于约2重量份,优选低于为1重量份或更低,或为0(即0重量份)。
另一类填料包括通常被用作填充剂的陶瓷微珠,这种陶瓷微珠是在本领域中已知及文献中报道过的。合适的微珠包括平均粒径为约1微米至约12微米的陶瓷珠子。相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,所述陶瓷微珠的量通常为约10重量份或约20重量份至约35重量份或约40重量份。
可以使用各种光泽控制剂来降低固化后的涂层的光泽,相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,所述光泽控制剂的量为约2重量份或约4重量份至约7重量份或约9重量份。合适的光泽控制剂是本领域已知及文献中描述过的,例如各种涂敷有合成蜡的二氧化硅。
有利的是,经常使用各种颜料使得涂敷后的涂层可通常与聚合物基材的颜色相匹配。由于密封条通常为黑色,因此可使用各种黑色颜料分散体,其中大部分是本领域熟知及文献中报道过的各种炭黑。相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,这种颜料的量可在约0.1重量份至约5.0重量份之间变化。
为了防止水性分散体涂料组合物被涂敷到基材上时发生滴落、合并、流挂或流动,也为了保持聚合物颗粒在水中的分散性,通常使用流变改进剂或增稠剂。可以使用多种市售可得的增稠剂,相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,其量为约0.5重量份或1.5重量份至约2.5重量份或约3重量份。增稠剂包括各种流变改进剂,如基于尿烷的缔合增稠剂。
流变添加剂还包括各种润湿剂,其中氟化阴离子型表面活性剂通常是有利的。随着水性分散体涂料组合物的具体配方的不同,其量可以发生较大的变化,例如,相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,其量为约0.05重量份至约0.5重量份。
本发明的水性分散体组合物是将聚硅氧烷水性分散体和聚氨酯水性分散体加在一起,并进行混合而制得的。随后,可加入光泽控制剂,并在剪切下进行混合。然后可分别或一起加入剩余的成分,混合并贮存直到需要为止。在以任何常规的方式(如浸涂或刷涂,优选喷涂)涂布到基材上之前,可任选地加入交联剂,其量为水性分散体涂料的总重量的约1重量%至约5重量%。
基材可以是任何涂敷有低摩擦系数的涂料的橡胶或聚合物,和/或具有这样的最终用途的基材,其中该基材在与制品接触时需要产生低的噪声水平,例如通常为42dBA或更低,有利的是约40dBA或更低,优选约38dBA或更低,更优选36dBA或更低。除了在湿润条件和干燥条件下获得优良的低的噪声值之外,本发明的一个重要方面是具有良好的稳定性。即,当将本发明的配制物涂布到密封条基材上时,摩擦系数随着时间的推移不是增加,而是令人吃惊和预料不到地降低。根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,本发明组合物的初始静摩擦系数的值通常较低,如约0.40或更低,有利的是约0.35或更低,优选0.32或更低。该值实际上是随着时间的推移降低的,本发明的一个重要方面在于在经12周、16周、20周、28周、甚至40周的老化后,本发明组合物具有低于初始值的更低的静摩擦系数。由此,这是非常不同寻常的,现有技术的涂料的静摩擦系数则总是增加。类似地,动摩擦系数的值也随着时间的推移而降低,根据ASTM测试方法D-1894-95的测试结果,需要若干个月它们才能增至初始值。因此,静摩擦试验和动摩擦试验表明,摩擦系数的值随着时间的推移是稳定的,而现有技术的涂料的摩擦系数则通常随着时间的推移而一直增加。可以在各种基材的全部表面上进行完全涂敷,但通常只在涂漆的金属或塑料的表面和/或要求在低摩擦系数的条件下进行啮合的表面上进行部分涂敷。基材包括各种橡胶(即弹性体),例如(但不限于)衍生自天然橡胶、丁二烯、异戊二烯、丁二烯和苯乙烯以及乙烯-丙烯-二烯橡胶中的那些。聚合物基材包括(但不限于):各种丙烯酸类树脂、各种乙烯基或亚乙烯基聚合物(如聚氯乙烯和聚苯乙烯)、各种类型的聚酰胺、各种类型的聚酯、各种类型的聚氨酯、各种类型的聚烯烃、各种类型的热塑性烯烃以及各种类型的热塑性弹性体或硫化橡胶(如热塑性聚氨酯)。组合物的优选的最终用途是涂敷车辆密封条,以降低通常由车辆密封条与金属或塑料制品或部件的振动所产生的噪声。车辆包括各种类型的卡车,如轻型卡车、厢式货车、运动型车辆、轿车等。密封条包括任何用于车辆的密封条,尤其是用于门、窗、车篷和行李舱盖的密封处的密封条。
参见附图,通常由EPDM制得的密封条10包含与车辆部件(如车门凸缘(door flange))固定的主体固定部分12。EPDM海绵球16可与车辆部件(如门框)的主体部分啮合或接触,从而与之产生密封。本发明的水性涂料组合物18被涂敷到与车辆部件的主体接触的海绵球16上。
参考下列实施例可更好地理解本发明,所述实施例是用以描述本发明的,而不是对本发明进行限定的。
由于本发明的水性分散体涂料为水基组合物,并且含有极少量的溶剂(如果含有溶剂的话),因此它们是环境友好的。当应用于车辆上的密封条时,它们表现出低的摩擦系数和低的噪声值。
根据通用汽车公司的测试方法(即GM9842P,修订版A)对涂敷后的橡胶密封条进行测试。将该测试方法拷贝如下:
GM工程技术标准,测试方法,GM9842P,修订版A
1.范围
本标准描述了对两种类似或不同的材料在动态接触的条件下所输出的声音进行评价和分级的测试方法。
注意:除非获得特别的豁免,不能用本标准中的任何部分来代替适用的法规和规章。
注意:在英语和本国语发生冲突的情况下,英语应当具有优先的地位。
2.参考文献
注意:除非另有规定,否则只有最新批准的标准才是适用的。
2.1标准性文献
没有可适用的。
2.2GM
GM9840P GM9842P
3测试设备
3.1隔声***
半消声室,其能够将内部环境声压降至最高为30dB(A)(在以卡具(fixture)操作振动***的情况下)。此外,该室允许将空气调节至特定的温度限值和湿度限值(5.1节)
3.2振动***
振动***能够产生正弦和随机规格的振动(5.3节)。通常所选择的振动***为电动型的,但也可包括其它能够产生低噪声的类型,以使在测试中对部件的声学测定的干扰最小化。
3.3测量***
经校准的ANSI 1型麦克风和声音数据采集***(SDAS),该声音数据采集***能够产生稳定的“A加权”平均声压级(SPL)和在20Hz至20kHz范围内的1/3倍频带频率域图。另外,该***还能够将部件在测试中输出的声音记录成数字文件,以用于日后进行音频回放。
3.4卡具
卡具应该能够紧密靠近材料,并能够使车辆部件偏离和吻合。
4.测试材料
4.1测试样品
必须测试三个样品。样品应该是长度为150mm的单个的橡胶块、塑料块或基材的块或切下的部分,或对于部件的用途是可相互接受和合适者。与样品匹配的表面,如果可能的话,应与实际应用中的部件外貌和表面相接近,来调节样品可能的位移或干扰力。
5.测试方法
5.1标准测试条件
除非另外指出,否则标准测试环境的温度为21±1℃,相对湿度为75±5%。除非另外指出,否则标准测试表面应当为DuPont RK8010A透明涂层。压缩高度必须在递交部件时说明,其必须是由部件拉伸时的标称值衍生而来的。
5.2校准和环境噪声记录
在任何测量之前,必须使用NIST可跟踪的、音频为1kHz的较准器对麦克风和声音数据采集***进行校准。校准音频的点应该使用振幅为94dB和振幅为104dB的点。这些结果必须记录到报告表中。将麦克风与测试界面的距离调整至150mm。在这些测试过程中,该距离保持恒定,并且必须记录在测试报告中。在接触测试样品前,开启具有特定的正弦或随机振动特性的振动***,并记录环境噪声10秒钟。该值是必须不能超过30dB(A)的,且必须记录到报告表中。该步骤必须在进行各测试部分之前或在改变振动参数时进行。环境噪声谱应当是报告的一部分。
5.3振动特性
下表(表1和表2)中列出了试样的正弦振动特性和随机振动特性。
表1随机振动特性
频率 | PSD(g2/Hz) | 位移(pk-pk) |
5Hz | 0.0065 | 0.308英寸(7.82mm) |
12.5Hz | 0.063 | 0.242英寸(6.14mm) |
20Hz | 0.0995 | 0.151英寸(3.83mm) |
32.5Hz | 0.1480 | 0.089英寸(2.26mm) |
50Hz | 0.036 | 0.023英寸(0.58mm) |
PSD(功率谱密度)
加速度总均方根G(RMS)=1.945
表2正弦振动特性
频率 | 位移(pk-pk) | 基材 |
9Hz | 0.2英寸(5mm) | 弹性体(肖氏硬度A<65) |
9Hz | 0.04英寸(1mm) | 塑料(肖氏硬度A≥65) |
上述两种正弦特性是特异于化合物配制物的硬度的。
5.4样品的制备
所有的表面应该是清洁的,没有灰尘或油渍。所有试样或部件都应该用水清洗,然后室温下干燥12小时。除非另有约定,否则在测试前应该使用异丙醇来清洗玻璃、油漆或金属的表面。
5.5.干燥界面的测试
打开声音分析***和振动装置,记录输出值10秒钟,将其作为数字型频率域文件。重复测试两次,并以最少读取三次。读取间隔应为2分钟。读取应该在振动开始时、开始2分钟后、开始4分钟后的时候进行。如果噪声数据不稳定,可延长测试时间。对全部三个部件样品进行重复测试,每个样品测试三次。
5.6湿润界面的测试
使用吸管向界面加入2±0.25mL的蒸馏水。按5.5节所述记录输出值。
(可选择地)长期耐久性测试
可选择地,可使测试样品在干燥界面的模式下振动更多次循环或更长时间,以评价长期声学性能。
6评估和定级
6.1
结果应该记录为由3次(初始、两分钟、四分钟)稳定的平均振幅的读取值(dB(A))(相对于20微帕的基值)的平均值计算而得的值。
6.2
在GM9842P试验中,三个提交的密封条试品中的每一个都有12个值(在随机振动-干燥条件下有四个值、在随机振动-湿润条件下有四个值、在正弦振动-干燥条件下有四个值和在正弦振动-湿润条件下有四个值)。
试验报告表
6.3
超过40dBA的平均值被认为是不可接受的。
7.记录
下列信息是必须记录的:实验室必须提供在整个频率范围内最小分辨率为1/3倍频的频率域谱。最终报告还应当记录样品测试的环境,包括环境噪声测定值、温度和相对湿度条件以及一份NIST校准证书的复印件。向样品施加的参数,例如相对面(counter surface)、振动频率、冲程长度、偏离度或法向力负荷、测试时间、样品与匹配表面之间的界面的条件(干燥、湿润等)。
8批准的原材料
本标准要求批准的原材料具有工程用资质。只有本标准号下的GM公司材料清单中所列的原材料才满足本标准的要求,因此具有工程用资质。原材料可通过在线MATSPC***得到。
9安全性
本方法可能涉及危险的材料、操作和设备。本方法无意提出所有与其使用有关的安全性问题。本方法的使用者负责在使用前建立合适的安全性和健康性章程,并确定限制性规定(regulatory limitations)的适用范围。
9编码***
本试验方法在其它文件、附图、VTS、CTS等中称为“GM9842P的试验方法”。
10出版和修订
10.1出版
该标准是与Custom Acoustic Research and EnvironmentalScreening Test Laboratories(ESTL)合作而制定的。
该标准由密封条专家组(Weatherstrip Specialist Team)于1997年12月首创,并于1998年9月第一次出版。
10.2修订
修订版 | 日期 | 说明/原因 | 首创的组织/委员会 |
A | 1998年12月 | 标准号由GM9840P改至GM9842P。号码标记不正确。从一般性书籍变为程序性书籍 | 密封条专家组 |
修订 | 日期 | 说明/原因 | 首创的组织/委员会 |
B | 2002年1月 | 改变格式; | 密封条专家组 |
将背景噪音限值变为30dB(A);增加标准测试条件;增加对密封条偏离的要求;增加测试报告表 |
实施例A
配制物A涉及本发明的水性分散体涂料,当其被涂敷到EPDM密封条基材上时,在湿润和干燥条件下都产生低的噪声水平。所有实施例中使用的密封条都是典型的凹凸海绵球状、主要用于车门的密封条,其含有附图中所示的典型的EPDM组合物。
配制物A
固体% | 总重量份 | |
水性聚碳酸酯基聚氨酯 | 39% | 17.21 |
超高分子量的聚乙烯粉末(填料) | 100% | 4.00 |
平均直径为1微米至12微米的陶瓷微珠(填料) | 100% | 6.40 |
涂敷有合成蜡的二氧化硅(光泽控制剂) | 100% | 1.14 |
有机硅树脂水分散体 | 35% | 40.15 |
颜料-炭黑分散体 | 30% | 1.93 |
去离子水 | 0% | 26.86 |
流变添加剂 | 21% | 2.31 |
总重量 | 100.00 |
将聚氨酯分散体和聚硅氧烷或有机硅树脂分散体加入容器中,与大约一半重量的润湿剂混合约15分钟。随后加入光泽控制剂二氧化硅,使用气动式Hochmeyer桨在温和剪切力下混合约15分钟。随后,以任何顺序加入剩余的成分,并在搅拌下混合。在加入所有各种成分后,将混合物进一步混合约20分钟,然后过滤并包装储存。使用前,在搅拌下加入约3重量%的碳二亚胺交联剂。在下列所有实施例中也都使用交联剂。然后使用Turbo喷枪或HVLP喷枪将混合后的涂料组合物涂敷到EPDM基材上。通常涂敷时的粘度为在Zahn#3杯上粘连20秒至约50秒。涂料组合物的总固体含量通常为约30重量%至约35重量%,干涂层或薄膜的厚度为约0.2密耳至约0.6密耳。
然后根据GM测试方法GM9842P(修订版A)对涂敷后的基材进行测试。所得数据如表1所示。
表1
组合物 | 在随机振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在随机振动和湿润条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和湿润条件下的噪声(dBA) |
配制物A | 35 | 38 | 26 | 27 |
由以上数据清楚可见,在随机振动和湿润条件下以及随机振动和干燥条件下的试验中获得良好的低噪声(dBA)值,在正弦振动和湿润条件以及正弦振动和干燥条件下的试验中获得非常良好的数据。
实施例B、C、D和E
本发明其它水性分散体涂料的配方如下所示:
配制物B、C、D和E
按照与实施例A相同的方式制备配制物B至E,并根据相同的GM测试方法在相同类型的密封条基体上进行测试。结果示于表2中。
表2
配制物 | 在随机振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在随机振动和湿润条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和湿润条件下的噪声(dBA) |
B | 33.0 | 36.6 | 25.4 | 27.1 |
C | 33.7 | 36.3 | 27.2 | 27.3 |
D | 31.4 | 35.0 | 26.1 | 27.8 |
E | 33.3 | 37.8 | 25.6 | 26.8 |
由以上数据清楚可见,在正弦振动和湿润条件下及正弦振动和干燥条件下的试验,以及在随机振动和湿润条件下及随机振动和干燥条件下的试验中,都获得非常良好的低噪声(dBA)读取值。
为了与表1和表2的数据进行比较,使用上述相同的GM测试方法和EPDM密封条基体,获得表3所示的数据。Lord公司产品#1、#2和#3被用作对照物,测量其噪声水平。
表3
涂料 | 在随机振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在随机振动和湿润条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和湿润条件下的噪声(dBA) |
Lord公司产品#1 | 50 | 65 | 41 | 63 |
Lord公司产品#2 | 34 | 55 | 28 | 50 |
Lord公司产品#3 | 30 | 62 | 25 | 61 |
由表3清楚可见,在随机振动和湿润条件以及正弦振动和湿润条件下的试验中都获得非常高的噪声(dBA)值。与之相比,配制物A至E所示出的数据出人意料地为低得多的数值,在一些情况下要低50%多。
实施例F和G
按照与实施例A相同的方式制备配制物F和G,不同之处在于配制物F和配制物G中通常使用不同的聚硅氧烷,并且配制物G还含有约3重量份的聚乙烯。
配制物F和G
同时,还测试了三种市售产品,即竞争公司产品#1和#2和Lord公司产品#3。
表4
涂料 | 在随机振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在随机振动和湿润条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和干燥条件下的噪声(dBA) | 在正弦振动和湿润条件下的噪声(dBA) |
配制物F | 30.4 | 30.6 | 24.9 | 24.2 |
配制物G | 31.5 | 35.1 | 24.2 | 26.7 |
竞争公司产品#1 | 34.1 | 42.7 | 27.0 | 40.6 |
竞争公司产品#2 | 37.8 | 47.1 | 29.2 | 40.4 |
Lord公司产品#3 | 27.6 | 57.2 | 23.5 | 57.1 |
由表4清楚可见,即使在随机振动和湿润条件以及正弦振动和湿润条件下的试验中,本发明的配制物F和配制物G也显示出优良的低噪声值,而市售产品却显示出非常高的噪声值。
实施例H、I、J和K
下面进一步描述用于密封条的涂料的配制。
配制物H、I、J和K
按照与实施例A相同的方式制备配制物H、I、J和K,并根据实施例A所述相同的GM测试方法在相同类型的密封条基体上进行测试。噪声结果示于表5中
表5
由表5清楚可见,在各种测试中再次得到非常低的噪声(dBA)水平。此外,对于湿润条件下的测试、尤其是湿润条件下的随机振动测试,除了配制物H以外,都获得了低于38dBA的值。实施例H表明,为了获得良好的随机振动和湿润条件下的特性,通常需要较高量的有机硅树脂(即超过50重量%)组合约3重量%的PE粉末。
实施例L、M和N
同样测试了本发明水性分散体组合物的静摩擦系数和动摩擦系数的长期保持的特性。这种水性分散体组合物标示为配制物L、M和N,其中使用了各种填料,并且获得了良好的低噪声(dBA)和良好的稳定性的值。
配制物L、M和N
在将上述成分混合从而形成所述配制物后,并在根据GM 9842P,修订版A的规定涂敷到EPDM密封条基材之前,加入占所述配制物的总重量3重量%的上述交联剂,然后进行混合。
噪声水平、光泽和摩擦系数的测试值示于表6中。
表6
从上述数据清楚可见,本发明的组合物在包括在湿润条件下的随机振动试验在内各试验再次获得优良的低低噪声(dBA),
根据ASTM测试方法D 1894-95,测试了配制物L和N的静摩擦系数与时间的函数关系。结果如下所示。
表7
由上述数据清楚可见,随着时间的推移,在各个标示的星期期间的标准摩擦系数一直都小于初始摩擦系数。COF随着时间的推移而保持稳定是重要的,这可保持门用密封条的良好的脱冰性(icerelease)和较低的灰尘粘附性。
虽然根据专利法的规定描述了最佳实施方式和优选实施方案,但本发明的范围并不限定于此,而是由所附权利要求的范围限定的。
Claims (27)
1.一种水性分散体组合物,其包含:
聚合物共混物,所述聚合物共混物包含:a)至少一种聚硅氧烷的水性分散体和b)至少一种聚氨酯的水性分散体,其中以所述至少一种聚硅氧烷聚合物本身和所述至少一种聚氨酯聚合物本身的总固体重量为基准,所述至少一种聚硅氧烷聚合物本身的量为约50重量%至约85重量%,所述至少一种聚氨酯聚合物身的量为约15重量%至约50重量%,所述聚氨酯衍生自至少一种脂肪族或脂环族二异氰酸酯;所述聚氨酯是热固性的;以及c)聚烯烃,相对于所述一种或多种聚硅氧烷本身和所述一种或多种聚氨酯本身总共100重量份的用量,所述聚烯烃的量为约5重量份至约35重量份;
所述水性分散体含有占所述分散体组合物的总重量的约7重量%或更低的有机溶剂;
相对于所述至少一种聚氨酯本身和所述至少一种聚硅氧烷本身总共100重量份的用量,所述聚合物共混物含有低于约10重量份的增粘剂;以及
相对于所述至少一种聚氨酯本身和所述至少一种聚硅氧烷本身总共100重量份的用量,所述聚合物共混物含有低于约10重量份的含有卤素的聚合物。
2.根据权利要求1所述的水性分散体组合物,其中以所述至少一种聚硅氧烷聚合物本身和所述至少一种聚氨酯聚合物本身的总重量为基准,所述聚硅氧烷本身的量为约55重量%至约80重量%,并且其中所述聚氨酯本身的量为约20重量%至约45重量%。
3.根据权利要求2所述的水性分散体组合物,其中所述聚烯烃包括约10重量份至约30重量份的聚乙烯,并且其中所述聚氨酯衍生自聚醚中间体。
4.根据权利要求3所述的水性分散体组合物,其中所述聚乙烯的重均分子量为约2百万至约5百万;其中所述增粘剂的量低于约5重量份;并且其中所述含有卤素的聚合物的量低于约5重量份。
5.根据权利要求4所述的水性分散体组合物,其中所述聚有机硅氧烷包括聚(二甲基硅氧烷),其中任何具有胺端基的聚硅氧烷的量为所有聚硅氧烷的总重量的约10重量%或更低,其中所述聚乙烯的量为约15重量份至约25重量份,其中任何有机溶剂的量为约5重量%或更低;其中所述增粘剂的量低于1重量份;并且其中所述卤化聚合物的量低于1重量份。
6.根据权利要求5所述的水性分散体组合物,其中以所述至少一种聚硅氧烷本身和所述至少一种聚氨酯本身的总重量为基准,所述聚硅氧烷本身的量为约60重量%至约75重量%,并且其中所述聚氨酯本身的量为约25重量%至约40重量%;并且其中所述聚乙烯的重均分子量为约3百万至约4百万。
7.一种聚合物或橡胶基材,其至少部分涂敷有干燥后的权利要求1所述的水性组合物,并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约42dBA或更低。
8.一种聚合物或橡胶基材,其至少部分涂敷有干燥后的权利要求3所述的水性组合物,并且其中所述基材为橡胶、丙烯酸酯、乙烯基或亚乙烯基聚合物、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚烯烃、热塑性烯烃、或热塑性硫化橡胶、或它们的组合;并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约40dBA或更低。
9.一种聚合物或橡胶基材,其至少部分涂敷有干燥后的权利要求5所述的水性组合物,并且其中所述基材为橡胶、丙烯酸类树脂、乙烯基或亚乙烯基聚合物、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚烯烃、热塑性烯烃、或热塑性硫化橡胶、或它们的组合;并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约38dBA或更低,并且其中根据ASTMD-1894-95进行测试,所述基材的初始静摩擦系数的值为约0.40或更低。
10.一种聚合物或橡胶基材,其至少部分涂敷有干燥后的权利要求6所述的水性组合物,并且其中所述基材乙烯-丙烯-二烯橡胶、热塑性弹性体、或热塑性烯烃或它们的组合;并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约36dBA或更低,并且其中根据ASTMD-1894-95进行测试,所述基材的初始静摩擦系数的值为约0.32或更低。
11.一种车辆用密封条,所述密封条至少部分涂敷有干燥后的权利要求1所述的水性组合物,并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约42dBA或更低。
12.一种车辆用密封条,所述密封条至少部分涂敷有干燥后的权利要求3所述的水性组合物,并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约40dBA或更低。
13.一种车辆用密封条,所述密封条至少部分涂敷有干燥后的权利要求5所述的水性组合物,并且其中所述密封条包含橡胶、丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯或它们的组合,并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约38dBA或更低。
14.一种车辆用密封条,所述密封条至少部分涂敷有干燥后的权利要求7所述的水性组合物,并且其中所述密封条包含橡胶、丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚氨酯或它们的组合,并且其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,所述基材在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约36dBA或更低。
15.权利要求11所述的密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.40或更低。
16.权利要求12所述的密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.35或更低。
17.权利要求14所述的密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.32或更低,并且其中所述静摩擦系数至少维持约40周。
18.一种低噪声的车辆密封条,其包含:
密封条基材,所述密封条基材具有至少一个涂敷有聚合物组合物的表面,
所述聚合物组合物包含:以至少一种聚硅氧烷聚合物和至少一种聚氨酯聚合物的总重量为基准,约50重量%至约85重量%的所述至少一种聚硅氧烷聚合物和约15重量%至约50重量%的所述至少一种聚氨酯,所述聚氨酯衍生自至少一种脂肪族或脂环族二异氰酸酯,所述聚氨酯是固化了的;聚烯烃,相对于所述一种或多种聚硅氧烷和所述一种或多种聚氨酯总共100重量份的用量,所述聚烯烃的量为约5重量份至约35重量份;
其中相对于所述一种或多种聚氨酯本身和所述一种或多种聚硅氧烷本身总共100重量份的用量,所述聚合物组合物含有低于约10重量份的增粘剂;以及
其中相对于所述一种或多种聚氨酯本身和所述一种或多种聚硅氧烷本身总共100重量份的用量,所述聚合物组合物含有低于约10重量份的含有卤素的聚合物。
19.权利要求18所述的车辆密封条,其中所述聚硅氧烷的量为约55重量%至约80重量%,并且其中所述聚氨酯的量为约20重量%至约45重量%,其中所述聚氨酯衍生自聚醚中间体;并且其中相对于所述一种或多种聚氨酯和所述一种或多种聚硅氧烷总共100重量份的用量,所述聚烯烃包含约10重量份至约30重量份的聚乙烯。
20.权利要求19所述的车辆密封条,其中所述聚硅氧烷的量为约60重量%至约75重量%,并且其中所述聚氨酯的量为约25重量%至约40重量%;其中所述聚硅氧烷包括聚(二甲基硅氧烷);其中所述聚乙烯的重均分子量为约2百万至约5百万;其中所述增粘剂的量为2重量份或更低;并且其中所述含有卤素的聚合物的量为1重量份或更低。
21.权利要求18所述的车辆密封条,其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述密封条的噪声水平为约42dBA或更低。
22.权利要求19所述的车辆密封条,其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述密封条在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约40dBA或更低;并且其中所述聚合物基材为丙烯酸酯、乙烯基或亚乙烯基聚合物、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚烯烃、热塑性烯烃、或热塑性弹性体、或它们的组合。
23.权利要求20所述的车辆密封条,其中根据GM测试方法GM9842P,修订版A,进行测试,所述密封条在随机振动和湿润条件下的噪声水平为约36dBA或更低;并且其中所述基材包含橡胶、热塑性弹性体、丙烯酸类树脂、聚酰胺、聚氨酯或它们的组合。
24.权利要求18所述的车辆密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.40或更低。
25.权利要求20所述的车辆密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.35或更低。
26.权利要求21所述的车辆密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.35或更低。
27.权利要求23所述的车辆密封条,其中根据ASTM测试方法D-1894-95进行测试,所述密封条的初始静摩擦系数的值为约0.32或更低,并且其中所述静摩擦系数维持至少约40周。
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Assignee: Lord chemical (Shanghai) Co., Ltd. Assignor: Lord Corp. Contract record no.: 2010990000610 Denomination of invention: An aqueous dispersion coating composition having noise and/or friction abatement properties License type: Common License Open date: 20081224 Record date: 20100823 |
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Effective date of abandoning: 20081224 |
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