專利名稱：在scf擠壓系統(tǒng)上使用超高分子量聚乙烯制造密封條的方法
在SCF擠壓系^h^超高^(guò)f量聚乙雕隨密封條的力法相關(guān)申請(qǐng)的相互參考本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.S119(a)條款要求2008年6月4日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?10-2008-0052679的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其所有內(nèi)容在此并入作為參考。駄領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種通過(guò)加工超高分子量聚乙烯(ultra high molecular weight polyethylene, UHMWPE)制備汽車密封條(weatheretrip)的方法，超高分子量 聚乙烯(UHMWPE)可以替代在制備常規(guī)密封條時(shí)使用的金屬支架(metal support)o背景絲隨著強(qiáng)調(diào)環(huán)境重要性的當(dāng)前趨勢(shì)，對(duì)開(kāi)發(fā)重量輕、可再回收的材料的需求 日益增加。汽車工業(yè)也不例外。密封條是車輛部件之一，其用于防止灰塵、水和其他外部物質(zhì)進(jìn)入車輛。 通常，出于防7ja郎高音的目的，密封條與車身凸緣元件(flange member)相結(jié) 合。它還在汽車部件之間接觸時(shí)作為緩沖材料。圖1顯示了常規(guī)密封條的形狀和密封條內(nèi)金屬支架的位置。如圖1所示， 裝備在常規(guī)汽車凸緣中的密封部件包括管狀元件(tube member, 10)和托架元 件(carriermember, 20)。管狀元件(10)安置成與門框、車門面板(12)和門 內(nèi)飾(doortrim)接觸。托架元件(20)支撐管狀元件，并且無(wú)論凸緣元件是何 形狀均有助于部件的插入和分離。托架元件(20)包括金屬支架(21)、突出部 (protrusion, 22)和夾持器(gripper， 23)。金屬支架(21)保持密封部件的橫 截面形狀，并將其穩(wěn)定地固定在所需位置。突出部(22)將密封部件引導(dǎo)至所 需方向，并有助于其固定于所需位置。夾持器(23)位于密封條與車身連接部 分上，使得其與凸緣接觸，以防止密封部件與車身分離。凸緣(25)構(gòu)造成包 括多個(gè)面板(panel),其取決于車身區(qū)域而變化。廣泛應(yīng)用于制備密封條的材料之一是三元乙丙(ethylene-propylene-diene-poly-methylene， EPDM)硬化(vulcanized)橡膠或聚氯乙烯(PVC)。但是，^fflEPDM硬化橡膠制備密封條的方法有缺陷。例如，擠壓產(chǎn)品的 轉(zhuǎn)角處或端部需要分離加工成形，這是包括了使用橡膠壓±央機(jī)(rubberpress)的 復(fù)雜過(guò)程。相對(duì)于EPDM混合物在室溫下的粘性的壓制加工性能 (press-processability)根據(jù)外M^而非常敏感。因此，加工性能隨季節(jié)而不同， 引起制品失效。橡膠壓i央機(jī)消耗大量的能量，以壓制粘性含鉛橡膠。此外，模 板的運(yùn)輸速度低，這增加了人力的時(shí)間。EPDM材料需要交聯(lián)，這需要很長(zhǎng)的 加工線和巨大的空間。由于其是交聯(lián)的，很難再回收，從而增加了經(jīng)濟(jì)損失并 造成環(huán)境問(wèn)題。此外，由于金屬支架的重量沉重，密封條的重量和制造成本均 增加。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)重量輕、且可再回收的密封條，以解決上述問(wèn)題。
技術(shù)背景部分中公開(kāi)的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)發(fā)明背景的理解，從而其可 以包含不構(gòu)成該國(guó) 領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。發(fā)明內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種易于再回收的密封條，其具有諸如 重量輕和防火性優(yōu)秀的優(yōu)異性能，并且過(guò)防必卜部損害而提高產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明涉及一種制備密封條的方法，其包括以下步驟將UHMWPE引入 用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)(extruder)中；將用于成型UHMWPE的擠壓機(jī) 中的UHMWPE熔化，并通過(guò)設(shè)置在用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)中的模頭 (die)將UHMWPE成型為"c"形；將具有交聯(lián)引發(fā)的橡膠特性(rubbeiyproperty) 的可熱加工(thermally processable)的固體TPV引入用于成型固體TPV的擠壓 機(jī)，并將用于成型固體TPV的擠壓機(jī)中的固體TPV熔化；將具有交聯(lián)引發(fā)的 橡膠特性的可熱加工的海綿狀(sponge-like) TPV引入用于成型海綿狀1PV的 擠壓機(jī)，并將用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)中的海綿狀TPV熔化；將超臨界 流體(SCF)引入用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)中，并將海綿狀TPV和SCF 均勻混合并分散；在用于成型固體和海綿狀TPV的擠壓機(jī)的擠壓頭(extrusion head)中，將't"形UHMWPE、包括均勻分散的超臨界流體的海綿狀、完全硬 化(vulcanized)的TPV、和完全硬化的固體熔化的TPV共擠出(co-exthude);和通過(guò)設(shè)置在擠壓頭中的專用模頭(exclusive die)將共擠出的密封條輸送到外 部。,地，該方法可以進(jìn)一步包括在整型模具(sizing mold)中整理(finish) 共擠出的密封條的步驟。優(yōu)選地，該方法可以進(jìn)一步包括在冷卻箱(cooling tank)中y轉(zhuǎn)卩經(jīng)整理的 密封條的步驟。SCF糊,定性例子為氮(N2)。本文所用的術(shù)語(yǔ)"輔(vehicle)"、"車用"或其它類似術(shù)語(yǔ)理解成包 繩 常的機(jī)動(dòng)車輛，例如載客車輛，包^I動(dòng)型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、 各種商用車輛，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，航空器和類似物，并包括混 合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插入式(plug-in)混合電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其它代用燃料車輛(例如，源自石油以外的資源的燃料)。如本文所述，混合動(dòng)力車輛(hybridvehicle)是具有兩種或更多種動(dòng)力源的 車輛，例如汽油動(dòng)力和電動(dòng)動(dòng)力。本發(fā)明的以上和其他特征在下文中論述。


現(xiàn)在參考附圖中圖示的某些示范性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的上述和其它特征進(jìn) 行詳細(xì)說(shuō)明，下文中實(shí)施方式僅僅為了圖示而給出，從而不^f本發(fā)明進(jìn)行限 制，其中圖1顯示了常規(guī)密封條的形狀和密封條中金屬支架的位置；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于汽車密封條的擠壓系統(tǒng)(extrusionsystem);圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的擠壓頭；圖4示意性顯示了iW使用SCF擠壓系統(tǒng)和UHMWPE制備汽車密封條的 方法；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造的密封條實(shí)例的橫截面；禾口 圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造的另一個(gè)密封條實(shí)例的橫截面。 圖中弓l用的附圖標(biāo)記包括參考以下進(jìn)一步描述的部件 10:管狀元件 12:車門面板20:托架元件 21:金屬支架22:突出部 23:夾持器25:凸緣 30: UHMWPE材料31:固體TPV材料 32:海綿狀TPV材料33: SCF流體 34:擠壓頭35:模頭 36:用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)37:專門用于成型UHMWPE的模頭38:整型模具 39: 7賴卩箱41:弓l入't"形UHMWPE材料的入口 43:引入完全硬化的固體j^[七TPV的入口44:引入包括均勻分散的超臨界流體的海綿狀、完全硬化的TPV的入口 45:用于成型固體TPV的擠壓機(jī) 46:用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，其說(shuō)明了本發(fā)明基本原理 的各種ttiM寺征的一定程度上簡(jiǎn)化的代表。本文公開(kāi)的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征， 包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部分取決于具體的既定用途和使 用環(huán)境。具體實(shí)航式現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的，實(shí)施方式，其實(shí)施例在以下附圖中加以圖示， 其中對(duì)以的附圖標(biāo)記通篇表示類似的部件。在下文對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，以便 參照附圖解釋本發(fā)明。下文提供了通過(guò)使用SCF擠壓系統(tǒng)和UHMWPE制備汽車密封條的方法。 本發(fā)明涉及一種包括以下步驟的方法(1)將UHMWPE引入用于成型 UHMWPE的擠壓機(jī)中；(b)將用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)中的UHMWPE 熔化，并通過(guò)設(shè)置在用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)中的模頭將UHMWPE成型 為't"形；(c)將具有交聯(lián)弓I發(fā)的橡膠特性的可熱加工的固體TPV引入用于成 型固體TPV的擠壓機(jī)，并將用于成型固體TPV的擠壓機(jī)中的固體TPV熔化； (d)將具有交聯(lián)引發(fā)的橡膠特性的可熱加工的海綿狀TPV引入用于成型海綿狀 TPV的擠壓機(jī)，并將用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)中的海綿狀TPV熔化；(e) 將SCF弓l入用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)中，并將海綿狀TPV和SCF均勻混型固體和海綿狀TPV的擠壓機(jī)的擠壓頭中，將't"形 UHMWPE、包括均勻分散的超臨界流體的海綿狀、完全硬化的TPV、和完全硬 化的固體;lt^的TPV共擠出；和(g)通過(guò)設(shè)置在擠壓頭中的專用模頭(exclusive die)將共擠出的密封條輸送到外部。這些步驟的順序不足限于以上順序。例如， 步驟(c)可以在步驟(a)之前進(jìn)行。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于制造汽車密封條的擠壓系統(tǒng)。 地，SCF擠壓系統(tǒng)的平均顆粒尺寸為150-200 pm。 SCF擠壓系統(tǒng)可以 適當(dāng)包括用于UHMWPE材料的成型擠壓機(jī)(36)和專用耐壓缸體(cylinder), 上述成型擠壓機(jī)包括專用模頭(37)，，專用耐壓缸體用于將UHMWPE材料 漸七，以適用于進(jìn)行加工。UHMWPE材料具有優(yōu)異的耐沖擊性、耐磨損性和抗化學(xué)性、強(qiáng)度和彈性。 它很難拉長(zhǎng)和斷裂。UHMWPE的分子量為大約3,500,000-10，500，000g/mo1，其 遠(yuǎn)高于其他常見(jiàn)聚合物的分子量(大約10,000-500，000 g/mo1)。具體地， UHMWPE在耐磨損性或耐沖擊性方面要優(yōu)于或類似于鋼，而卻比鋼輕。 UHMWPE的密度是0.95，低于水的密度。盡管其重量輕(比常規(guī)金屬支架輕五 倍)，但由于其分子量高，UHMWPE表現(xiàn)出比鋼還好的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明，UHMWPE材料被弓I入擠壓機(jī)(36)中，并通過(guò)專用模頭(37) 被成型成'c:"形。與涉及金屬支架的常規(guī)方法相比，該方法顯著提高了辦生產(chǎn) 率，因?yàn)槌Ｒ?guī)方法中需要進(jìn)行預(yù)發(fā)泡(pre-foaming)和后發(fā)泡(post-foaming) 處理。它還顯著節(jié)省了能量成本，因?yàn)閁HMWPE較輕。引入擠壓機(jī)(36)的UHMWPE被完^^像f七，以便適于成型。它可以在不 同的溫度下注模成型，從而通過(guò)減少循環(huán)時(shí)間來(lái)提高生產(chǎn)率。完全硬化的固體 TPV (TPV:熱塑性硬化橡膠(thermoplastic vulcanizate)， 31)材料和海綿狀、 完全硬化的TPV (TPV:熱塑性硬化橡膠，32)材料可以在無(wú)需硬化過(guò)程的情 況減少下由于原材茅射員失和成型損害而造成的毛邊(burr)的產(chǎn)生。用于成型TPV材料(31 、 32 )的擠壓機(jī)(45 、 46 )用來(lái)制備微孔(microcellular) 發(fā)泡密封條。擠壓機(jī)(45、 46)設(shè)置有擠壓頭(34)。擠壓頭設(shè)置有專用模頭(35)。用于成型海綿狀TPV (46)的擠壓機(jī)包J^用于均勻混合并分散SCF (33) 和TPV材料(32)的螺桿式(screw)耐壓缸體。也就是說(shuō)，TPV材料(32) ffiii擠壓機(jī)(46)的料斗(hopper)引入，弓1入SCF，并在擠壓機(jī)(46)內(nèi)將其完全混合。暴露于大氣壓力弓胞向夕卜膨脹。在此，SCF (33)被定義為溫度和壓力在其熱力學(xué)臨界點(diǎn)之上的任意物質(zhì)， 其具有不同于常規(guī)氣體和流體的特定特征。臨界點(diǎn)表示物質(zhì)可以汽液平衡存在 的最高^(guò)it和壓力。SCF的非限制例子是氮(N2)。泡沫通過(guò)將完全硬化的固體TPV (31)、海綿狀、完全硬化的TPV (32) 和SCF (33)均勻混合并分散而制備，與"c"形UHMWPE會(huì)合，并將其M專 用模頭(35)輸送到外部。輸送到外部的密封條可以在整形模具(38)中適當(dāng)?shù)卣沓伤璧男螤睢?由此整理過(guò)的密封條可以在冷卻箱(39)中適當(dāng))ti卩。上述方法可在成批模式、連纟對(duì)莫式或半連續(xù)模式下進(jìn)行。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的擠壓頭。"c:"形UHMWPE材料經(jīng)由設(shè)置在擠壓頭(41)中心區(qū)域的入口輸送至傳用 擠出模頭(35)，包括均勻分散的超臨界流體的海綿狀、完全硬化的TPV經(jīng)由 入口 (43)輸送，而完全硬化的固體itJ七TPV經(jīng)由入口 (44)輸送。因此，'t" 形UHMWPE、固體TPV和海綿狀TPV材f4t皮此接觸并三層共擠出(three-layer co-extrude)?；旌衔锿ㄟ^(guò)模頭(35)。盡管在擠壓機(jī)內(nèi)不發(fā)生起泡，暴露于大氣 壓力引起海綿狀、完全硬化的TPV (32)禾口SCF (33)膨脹到外部。以下實(shí)施例闡述本發(fā)明，而無(wú)意限制本發(fā)明。 密封條的制造圖4顯示了使用±3^統(tǒng)制備汽車密封條的過(guò)程。如圖4所示，將UHMWPE引入用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)(SIO)。擠 壓機(jī)缸體的溫度保持在19(TC。弓l入的UHMWPE三^H中后在擠壓機(jī)缸體內(nèi)完 全m， Mil專用模頭(37)形成t"形，并輸送到擠壓頭(S20)。將具有交聯(lián)引發(fā)的橡膠特性的可熱加工固體TPV (31)引入用于成型固體 TPV的擠壓機(jī)(S30)。然后將具有交聯(lián)引發(fā)的橡膠特性的可熱加工的海綿狀固 體TPV (32)引入用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)(S40)。將作為SCF的氮(N2， 33)引入用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)(S50)。將混合物M:用于成型海綿狀 TPV的擠壓機(jī)(S60)。將"c"形UHMWPE、包括均勻分散的超臨界流體的海綿狀的、完全硬化的TPV和完全硬化的固體船七TPV在擠壓機(jī)(45、 46)的擠壓頭(34)中 出。 將由此獲得的共擠出的密封條通過(guò)擠壓頭(34)的專用模頭(35)輸送到 外部(S70)。輸送到外部的密封條在整形模具中整理(S80)。經(jīng)整理的密封條在10。C的 冷卻箱中冷去卩(S90)。圖5顯示了通過(guò)圖4所示的方法制造的密封條的橫截面。附圖標(biāo)記50、 51 和52分別表示t"形UHMWPE、海綿狀發(fā)泡TPV和固體TPV。圖6所示為根據(jù)圖4所述方法制備的另一個(gè)密封條的橫截面。附圖標(biāo)記60， 61，和62分別表示'C"形UHMWPE、海綿狀發(fā)泡TPV和固體TPV。如上戶腿，在制備密封條時(shí)^頓可再回收的TPV材料減少了廢品的產(chǎn)生， 并且泡沫材料的發(fā)展減少了所使用原材料的數(shù)量。而且，M使用UHMWPE 來(lái)簡(jiǎn)化工藝提高了生產(chǎn)率和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。此外，通過(guò)從支座表面移除金屬支架 的記號(hào)，產(chǎn)品的外部外觀可以得到改善。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管根據(jù)本發(fā)明的方法相對(duì)于車輛的密封條而描述，但該方 法可以應(yīng)用于車輛以及其他類型的機(jī)器和裝置的任何類型的密封部件，這些應(yīng) 用也均落A^:發(fā)明的范圍之內(nèi)。本發(fā)明參考其優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 理解，可以在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行改變， 本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同方式限定。
權(quán)利要求
1.一種制備密封條的方法，其包括(a)將UHMWPE引入用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)中；(b)將所述用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)中的UHMWPE熔化，并通過(guò)設(shè)置在所述用于成型UHMWPE的擠壓機(jī)中的模頭將UHMWPE成型為 id="icf0001" file="A2008101911130002C1.tif" wi="7" he="4" top= "51" left = "159" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>形；(c)將具有交聯(lián)引發(fā)的橡膠特性的可熱加工的固體TPV引入用于成型固體TPV的擠壓機(jī)，并將所述用于成型固體TPV的擠壓機(jī)中的固體TPV熔化；(d)將具有交聯(lián)引發(fā)的橡膠特性的可熱加工的海綿狀TPV引入用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)，并將所述用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)中的海綿狀TPV熔化；(e)將SCF引入所述用于成型海綿狀TPV的擠壓機(jī)中，并將所述海綿狀TPV和所述SCF均勻混合并分散；(f)在用于成型固體和海綿狀TPV的擠壓機(jī)的擠壓頭中，將 id="icf0002" file="A2008101911130002C2.tif" wi="8" he="4" top= "115" left = "165" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>形UHMWPE、包括均勻分散的超臨界流體的海綿狀的、完全硬化的TPV、和完全硬化的固體熔化的TPV共擠出；和(g)通過(guò)設(shè)置在所述擠壓頭中的專用模頭將共擠出的密封條輸送到外部。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在整型模具中整理戶，共擠出 的密封條的步驟(h)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括在7賴賺中7賴階整理的密封 條的步驟(i)。
4. 如權(quán)利要求l戶腿的方法，其中戶腿SCF為氮(N2)。
全文摘要
提供有一種通過(guò)將UHMWPE和TPV材料與SCF共擠出制備汽車密封條的方法。根據(jù)本發(fā)明的汽車密封條易于再回收，表現(xiàn)在重量強(qiáng)、防火方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，并且還能通過(guò)防止外部損害而有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)B29C47/12GK101596777SQ20081019111
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者吳政錫, 樸俊哲, 李省勛, 閔丙權(quán) 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社