CN103370363A - 风挡擦拭器刮片处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理用于机动车辆的风挡擦拭器刮片的刮片条的方法，刮片条由基于弹性体（一个或多个）的材料制成。根据本发明的方法包括特定离子轰击的步骤，和沉积喷涂类型的涂层的步骤。本发明还涉及通过该方法获得的刮片条和其用途。

Description

风挡擦拭器刮片处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理用于机动车辆的风挡擦拭器刮片的方法，刮片由基于弹性体（一个或多个）的材料制成。本发明还涉及使用该方法获得的刮片和其用途。

背景技术

在基于弹性体的技术材料的领域中，研究通常目标在于机械属性的改善和/或由这些材料形成的部件的表面外观的改善。

在用于机动车辆风挡擦拭器的擦拭刮片的情况下，这些刮片必须具有一些特性，特别在表面处，使得能够有效擦拭风挡，它们在风挡上移动。

这些刮片必须还在使用中对机动车辆的乘客具有声音舒适性，即必须避免产生声波，因而产生噪音。

声波由风挡擦拭器刮片产生可具有各种原因，且取决于操作条件。具体地，无论风挡擦拭器刮片在无润滑模式（干风挡）或润滑模式（润滑剂则通常是水或风挡洗涤流体）下操作，其性能会巨大地变化，润滑模式包括两个子操作模式：潮湿（润滑剂的连续存在）和干燥（对应于在到达无润滑模式之前系统不再被供应有润滑剂和润滑剂不断蒸发的过渡阶段）。

在无润滑模式，蠕动（reptation）的现象可以发生，这是不愉快噪音的原因。该现象在位移的影响下出现，且由刮片的弹性体和玻璃之间的分离区域的产生引起，导致称为“滑摩振颤（stick-slip）”的风挡擦拭器的急动运动。但是，该现象发生，而与擦拭器速度无关，且不会构成由风挡擦拭器刮片产生的最大声音损害。

此外，当使用风挡擦拭器时，交替运动在风挡上驱动擦拭器。在扫掠期间，擦拭刮片相对于擦拭跟部的枢转方向的反向发生，在此期间，擦拭刮片的表面接触要被擦拭的窗户。在风挡擦拭器反向期间接触的这些动作导致冲击在各个表面之间产生，该震动还产生噪音，这不利于车辆使用舒适度，这称为反向噪音。

但是，声音损害的最大原因是“瞬时”噪音。这些瞬时噪音与风挡擦拭器刮片的摩擦系数的高或低水平不直接相关，但取决于所述擦拭器在潮湿或干燥润滑模式下的稳定性，更特别地是在混合状态区域中的稳定性。表述“混合状态”应被理解为意味着一种状态，其中，擦拭器的操作速度为0至400mm/s。

在橡胶件在表面上摩擦期间，水的薄膜建立在橡胶件/玻璃界面处，这特别取决于橡胶件的表面、施加的压力和强加的滑动速度。水膜的厚度从10至900mm变化。观察到，水膜越大，摩擦系数越低，反之亦然。在它们的操作期间，风挡擦拭器面对范围为0至2000mm/s的速度，在风挡中间被观察到快速，而低速在反向区域处面对。表述“反向区域”应被理解为意味着风挡擦拭器的操作区域，其中，所述擦拭器的速度为0至100mm/s。对于大于400mm/s的速度，弹性流体动力学（elastohydrodynamic）状态很好地建立，且摩擦在宽的速度范围上稳定，没有导致瞬时噪音的出现。相反，在混合状态区域，更具体地在反向区域，瞬时噪音出现。这是因为擦拭器刮片（无论它们由挤出制造或由模制制造）都在表面处具有表面粗糙度，该表面将在从0至400mm/s的速度范围（且更特别地是从0至100mm/s的速度范围）干扰特别是水膜连续性，且将因此促使兴趣速度范围中的摩擦不稳定性的出现。这些不稳定性必然导致风挡擦拭器刮片的振动的出现，特别是在可听频率的范围（300和800Hz）中，称为瞬时噪音。

发明内容

本发明因此涉及一种用于处理风挡擦拭器的方法，其使得可以解决这些问题。

其因此涉及一种用于处理风挡擦拭器刮片的方法，刮片由基于弹性体（一个或多个）的材料制成，所述方法包括以下步骤：

通过离子轰击处理刮片，离子轰击通过离子束执行，离子束由气体单独或作为混合物导致，所述气体诸如氦气或氮气，

通过沉积喷涂类型的涂层而处理刮片。

根据本发明的方法使得可以改变擦拭器刮片的表面光洁度，特别是通过减小风挡擦拭器刮片的表面粗糙度，并因此改善风挡擦拭器在混合状态中的性能，且更特别地是在从0上升至100mm/s的速度范围中。改善特别是涉及瞬时噪音和反向噪音的减小，以及擦拭器的停止准确度的改善。

以下详细解释的定义和优选方案可应用于整个专利申请。

刮片材料基于弹性体（一个或多个）。术语“基于”被理解为是指包括至少10%的弹性体（一个或多个）的材料，优选地至少20%，更优选地至少35%。

术语“弹性体（一个或多个）”被理解为是指具有“超弹性”属性的聚合物，其在聚合物的交联之后获得。这些弹性体包括天然或合成弹性体，单独或作为共混物，特别是由以下构成的组选择：天然橡胶（NR）、氯丁橡胶（CR）、乙烯-丙烯-二烯烃单体（EPDM）、丁腈橡胶（NBR、HNBR、XNBR）、聚丁二烯（BR）、丁基橡胶、表氯醇（ECO/GECO）、乙烯-丙烯酸盐共聚物（VAMAC类型）、聚亚安酯（PU）、氟橡胶和硅弹性体（VMQ/FMQ）。这些弹性体可单独或作为混合物使用。作为例子，提及的NR/EPDM、NR/CR或EPDM/PP共混物或其他混合物对本领域的技术人员是已知的。

优选地，弹性体由以下构成的组选择：NR、EPDM和CR以及基于这些弹性体的共混物。

有利地，材料包括至少一个合成或天然基体弹性体，和各种填充物和/或添加剂，以便确保其机械性能和其与变化气候环境的协调性。

所用的填充物通常是炭黑、石墨、硅土、滑石或粉块以及其派生物和/或混合物。

除此之外，添加剂包括保护剂，例如捕获UV射线的对苯二胺的派生物。添加剂还包括蜡，其移动到表面以便保护材料。此外，添加剂可包括塑化剂，用于改善弹性体的处理和抗冷能力。最普遍使用的可塑剂是环烷油、芳香油、石蜡油或酯油。添加剂包括硫化系统，例如包括硫和/或各种分子，其改善过氧化物的派生物或反应的效率。

离子轰击处理使用包括离子产生器和离子施加器的装置执行，例如在FR-A-2899242或US2006/0042745中描述的。

离子施加器常规地包括例如从用于形成离子束的静电透镜、膜片（diaphragm）、光闸、瞄准仪和离子束分析器和离子束控制器中选择的器件。

离子产生器常规地包括例如从离子化腔室、灯丝离子源或电子回旋加速器共振离子源或脉冲等离子系统、离子加速器和在一些情况下离子分离器中选择的器件。

离子轰击通常在真空下执行。例如，FR-A-2899242提出容纳离子轰击器件（离子发生器和离子施加器）和要在真空腔室中被处理的物体的全部。真空器件连接到该腔室。这些真空器件必须使得可以在腔室中获得相对高的真空，例如10^-2mbar至10^-6mbar的量级。

离子轰击使用由诸如氦气或氮气的气体单独或作为混合物获得的单能量或多能量离子的束执行。实际上，如将在以下的例2中证实的，期望的效果仅在使用这两个类型的离子束时获得。

优选地，离子轰击将在1mbar至10^-5mbar的压力处实施，优选地在10^-2mbar至5×10^-4mbar，向材料传递0.1至100keV量级的能量，优选地是0.3至30keV。

根据另一有利例子，离子轰击通常在35kV至100kV的提取电压下执行，且10¹⁴至10¹⁶离子/cm²被植入材料。

有利地，本发明使得可以在基于弹性体（一个或多个）的材料的至少一个表面厚度上获得增加的交联。交联被定义为构成聚合物的大分子链之间的连结的密化。术语“增加的交联”被理解为比材料和/或涂层的其余部分中存在的聚合物（一个或多个）和/或弹性体（一个或多个）大的交联度。

总体上，材料和/或涂层的其余部分中存在的聚合物（一个或多个）和/或弹性体（一个或多个）的交联度将对应于在聚合物（一个或多个）和/或弹性体（一个或多个）的化学交联条件或标准硫化下获得的交联度，即，没有聚合物（一个或多个）和/或弹性体（一个或多个）的另外的特定处理。

对于给定的聚合物，交联度D可通过溶剂中的一个或多个聚合物的溶解度测量。由于聚合物在溶剂中可溶，交联的部分本身是不可溶的。

通过仅考虑聚合物的表面厚度的质量：

D=在溶剂中不可溶的被处理聚合物的重量/聚合物的总重量。

例如，NBR的交联度可如下测量：

D=在间甲酚或甲酸中不可溶的NBR的重量/NBR的总重量。

根据一个有利的例子，构件的弹性体在表面厚度中的交联度比基于弹性体的材料的其余部分中存在的聚合物（一个或多个）的交联度大10%，优选地大50%，更优选地大95%。

材料和/或涂层的交联可还通过DSC（差示扫描量热法）表明。被处理和未被处理的材料/涂层的比较表明，材料/涂层的交联度的增加具有使玻璃转变温度“Tg”（热容量中的吸热变化）消失的效果。

术语“表面厚度”被理解为是指位于材料表面处的厚度。有利地，该厚度从涂层的外表面开始小于5μm，优选地小于3μm，更优选地小于1μm。根据另一有利例子，表面厚度等于或大于3μm并小于5μm。

该表面厚度的增加的交联使得特别是涂层和/或材料的硬度和摩损阻力的增加。该硬度增加的一个效果是减少构件能够通过在要被擦拭的表面上摩擦产生的噪音。根据本发明的构件因此使得可以改善车辆乘客的声音舒适度。

该增加的交联的另一效果是增加根据本发明的构件的耐磨性，且因此增加其服务寿命。此外，具有增加的交联的表面厚度形成屏障，其阻止化学成分朝向构件内部的迁移，特别是在风挡洗涤液或窗户洗涤产品中使用的成分。但是，这些化学成分可使基于弹性体（一个或多个）的材料和/或涂层退化。

根据本发明的方法将使用离子束执行的离子轰击的步骤与沉积喷涂类型的涂层结合，离子束由诸如氦气或氮气的气体获得。如将在例3中表明的，瞬时噪音的减少或甚至消失仅在使用该结合时获得。

由本发明关注的喷涂类型的涂层有利地使用乳剂沉积，所述乳剂包括水、粘合剂和填充物，其使得擦拭构件的摩擦系数被降低。存在于该乳剂中的水则被蒸发。

作为例子，所用的涂层可以是在专利US5883168的例子中限定的那种。

一个或多个粘合剂包括聚合物，其作用是将填充物保持在擦拭构件上，诸如石墨或其他润滑颗粒。取决于施加涂层的方法，其可以悬浮、分散、或粉末的方式被并入。粘合剂的聚合物从丙烯酸派生物、苯丙（acrylic styrene）派生物、丙烯腈和其派生物、酯的聚亚安酯或醚类型和其派生物以及聚氯乙烯（PVC）中选择。粘合剂可还包括氟橡胶、硅树脂或硅氧烷、弹性乳胶，以及聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯粉末。粘合剂还可包括三聚氰胺、异氰酸盐或环氧类型的交联剂，以便在涂层上赋予增加的机械强度和化学抗力特性，还包括蜡，以改善由粘合剂形成的膜的不可渗透性。

使得可以降低擦拭构件的摩擦系数的一个或多个填充物从包括以下的组中选择：石墨、二硫化钼（MoS₂）、滑石、聚四氟乙烯（PTFE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的颗粒、聚乙烯、聚丙烯、硅树脂、诸如富勒烯、碳纳米管（CNT）的纳米结构填充物或其混合物。优选地，填充物是石墨粉末。

这些滑的填充物并入到液体粘合剂中将通过分散剂辅助，例如聚丙烯酸酯。通常还需要防止它们沉淀的稠化剂。优选地，涂层具有的厚度为1至20μm，更优选地为2至15μm。

将注意到，基于弹性体（一个或多个）的材料的外表面可通过涂层部分地或完全地涂覆。有利地，唇部和至少最少的唇部的（边缘）区域（意图与要被擦拭的表面接触）被涂层涂覆。

相对地，刮片优选地完全被离子轰击处理。实际上，如例4证实且与普遍理解相反，该完全的处理不会改变刮片的性能。

根据本发明的处理方法被执行，以便减小风挡擦拭器刮片的表面粗糙度。例1和2更特别地示出该用途。由基于弹性体（一个或多个）的材料制成的刮片的粗糙度的减少使得可以限制水膜的扰动，且因此限制瞬时噪音。此外，如例6示出，根据本发明的方法使得可以减小风挡擦拭器的反向噪音。根据本发明的处理方法因此被执行，以便减小风挡擦拭器刮片产生的噪音损害。当擦拭器在润滑模式中、混合状态中操作时，可特别感知声音损害的这些降低，且更特别地在反向区域中。

粗糙度的减少还对风挡擦拭器的在反相区域中的停止点的准确度有影响，如例5所示。

本发明的另外的主题是风挡擦拭器刮片，诸如通过根据本发明的方法获得的。

例如，刮片通常包括三个元件：

唇部，提供与风挡的接触，并提供允许水的擦拭的密封；

跟部，大致矩形形状，使得刮片可以插入到擦拭器中，和

（可选）铰链，由薄的橡胶条形成，定位在唇部和跟部之间，且提供唇部在风挡上的正确定位，特别是在擦拭器在反向点处的方向改变期间。

应意识到，风挡擦拭器可以是传统擦拭器或扁平擦拭器。

术语“传统擦拭器”被理解为是指一种擦拭器，支撑擦拭器的臂施加的压力分布通过沿擦拭器分布的轭状件提供。

而对于“扁平擦拭器”，由支撑擦拭器的臂施加的压力分布通过具有经计算的压力和曲率的金属脊状件提供。由此，可以不要臂的轭状件，使得降低擦拭器的高度。

本发明还涉及根据本发明的风挡擦拭器刮片的用途，用于改善风挡擦拭器在混合状态中的性能，且更具体地在擦拭器具有从0至100mm/s范围的速度的擦拭器时。作为改善，在风挡擦拭器反向期间，其停止点的更好的准确度被特别关注。具体地，擦拭器通过需要擦拭器的停止和反向的交替运动驱动。在该反向期间，马达被短路，擦拭器停止。根据本发明的刮片使得可以在马达的短路期间获得擦拭器的停止距离，其实际上恒定，与操作模式（润滑或无润滑）无关。作为改善，风挡擦拭器的反向噪音的减小和瞬时噪音的减小也被关注。

控制停止点使得可以避免风挡擦拭器（更具体地风挡刮片）的过早劣化，且保持风挡的良好可视性。实际上，当该停止距离过大时，有时擦拭器会击打风挡模制件。另一方面，当该距离过短时，风挡没有被正确擦拭。

附图说明

本发明的其它特征和优势将在仅作为非限制性示例给出并参考幅图的例子中描述，在附图中：

图1是传统风挡擦拭器（1a）或扁平风挡擦拭器（1b）的示意性透视图；和

图2是根据本发明的一个实施例的擦拭刮片的示意性透视图。

具体实施方式

图1示出传统（1a）或扁平（1b）风挡擦拭器11的示意性透视图，其包括根据本发明的擦拭刮片10。

图2是擦拭刮片10的图示，其包括跟部12，跟部12使得刮片被插入到风挡擦拭器11中。该刮片10还包括唇部16和铰链14，唇部提供与要被擦拭的表面的接触，铰链由薄的橡胶条形成，位于唇部16和跟部12之间。该铰链14提供唇部16在要被擦拭的表面上的正确定位，特别是擦拭器11在反向点处的方向改变期间。在本例中，要被擦拭的表面是机动车辆风挡。

例1：基于天然橡胶-粗糙度上的影响的风挡擦拭器的处理

部件通过挤出或通过任何其他转变方式被处理。该部件被插入到腔室中，腔室配备有离子轰击设备，在其中产生1至10^-4mbar的真空，优选是10^-3mbar。

轰击参数如下：

气体：氦气；

提取电压：45kV；

成型元件的每cm²处理时间：2秒；

工作压强（P）；5×10^-4mbar<P<1×10^-2mbar；

基体：基于天然橡胶（NR）的风挡擦拭器成型元件。

在处理后，在部件上执行的测量如下：

Ra：在测量过程内，被过滤的粗糙度轮廓距中线的偏差的算术平均值；

Sa：Ra的等同物，但是是3D的；

Sdr：展开表面面积比。

测量使用具有50倍物镜的Talysurf CCI Lite显微镜且经由TalymapPlatinum软件执行。所用的过滤器是80μm。

材料	气体	Sa(μm)	Sdr(μm)
				NR	-	0.753	37.76
NR	氦气	0.329	12.69

结论：离子轰击表面处理因此使得可以明显减少表面粗糙度。实际上，被处理部件具有比未处理部件明显更低的Sa和Sdr值

例2：粗糙度测量-气体和其他辐射的选择

关于离子轰击，氦气（He）和氮气（N₂）粒子的束使得可以减少粗糙度参数，而氩气（Ar）的使用导致表面粗糙度的增加。

红外线（IR）或紫外线（UV）的使用不会导致表面粗糙度的明显改变。

材料	气体	Sa(μm)	Sdr(μm)
				NR	-	0.753	37.76
NR	氦气	0.329	12.69
				NR	氮气	0.343	12.53
NR	氩气	0.999	45.12
				NR	UV	0.748	38.01
NR	IR	0.754	37.56

NR：天然橡胶–Sa：表面粗糙度–Sdr：展开表面面积比

例3：基于天然橡胶-声学性能上的影响的风挡擦拭器的处理

部件通过挤出或通过任何其他转变方式（例如，模制）处理。该部件被插入到腔室中，腔室配备有离子轰击设备，在其中产生1至10^-4mbar的真空，特别是10^-3mbar。

轰击参数如下：

气体：氦气和氮气（N₂）；

提取电压：对于氦气是45kV，对于氮气是50kV；

成型元件的每cm²处理时间：2秒；

工作压强（P）；5×10^-4mbar<P<1×10^-2mbar；

基体：基于天然橡胶（NR）的风挡擦拭器成型元件。

在应用离子轰击处理之后，特别包含粘合剂、水和石墨颗粒的涂层（如US 5883168描述）施加到部件的表面。

如此处理的成型元件则使用本领域技术人员已知的适当器件分开，以便由相同成型元件产生两个风挡擦拭器刮片。

然后，根据A.Sanon的文章“Wiper rubber blade squeal noise test:methodology for its characterisation and influential factors study”中详细描述的且源于关于2010年10月的大会“AUTOMOBILE AND RAILROADCOMFORT,Acoustics,Vibrations&Thermal issues”中的学报的分析方法分析样品。

材料	气体	涂层	噪音发生%
				NR	-	-	80
NR	-	是	60
				NR	氦气	-	40
NR	氮气	-	20
				NR	氖气	是	4
NR	氮气	是	0

结论：这些结果表明（i）离子轰击，无论其用氮气或氦气执行，都使得可以改善风挡擦拭器的瞬时噪音性能，（ii）为了完全有效，离子轰击必须与喷涂类型图层结合。利用氦气的结果暴露根据本发明的方法的两个步骤的协作，以及使用氮气的两个步骤的组合被证明最有效。

例4：刮擦角的测量

接触角的测量展示风挡擦拭器的唇部与窗户形成的角。

以下结果显示出，根据本发明的方法，无论其以局部方式应用于唇部还是整个部件，都导致类似的刮擦角，意味着轮廓的刚度没有被影响。相反，在通过电子束的辐射的情况下，当处理应用于整个部件时，观察到非常显著的变硬。

He：氦离子束。EB：电子束。

结论：根据本发明的方法可应用于整个表面，而没有明显改变材料的刚度。

例5：马达准确度的改善

在擦拭器臂反向期间，马达被短路，以便停止擦拭器臂。擦拭器臂对是包括风挡擦拭器和臂的组件，该臂将擦拭器连接到系统的机动化。图1示出该臂和擦拭器组件。这些距离被测量并展示在下表中。根据本发明的方法使得可以更好地控制擦拭器臂的停止距离。

通过根据本发明的方法，停止准确度提高2倍。

例6：反向噪音

当使用风挡擦拭器时，交替运动在风挡上驱动擦拭器。在扫掠期间，擦拭刮片相对于擦拭跟部的枢转方向的反向发生，在此期间，擦拭刮片的一个表面接触要被擦拭的窗户。

这些接触的动作导致冲击产生在各表面之间，所述冲击产生不利于车辆使用舒适度的噪音。在风挡擦拭器刮片的反向阶段期间的这些操作噪音特别讨厌之处在于，对于乘客来说，他们具有重复和规则特征。

在潮湿状态中在反向区域处的较高摩擦使得可以减少擦拭器的总能量，且因此减少擦拭器的表面与跟部之间的冲击密度。

结果以方表示。

测量出离子轰击处理时潮湿条件下减小2方。

Claims (10)

1.一种用于处理风挡擦拭器刮片的方法，所述刮片由基于弹性体（一个或多个）的材料制成，所述方法包括以下步骤：

通过离子轰击处理刮片，离子轰击通过离子束执行，所述离子束由气体单独或作为混合物导致，所述气体诸如氦气或氮气，

通过沉积喷涂类型的涂层而处理刮片。

2.如权利要求1所述的方法，其中，离子轰击在真空下执行。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，传递至材料的能量为0.1至100keV。

4.如前述权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，使用乳剂沉积喷涂类型的涂层，所述乳剂包括水、粘合剂和石墨粉末。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法的用途，用于减小风挡擦拭器刮片的表面粗糙度。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的方法的用途，用于减小风挡擦拭器刮片产生的噪音损害。

7.一种风挡擦拭器刮片，通过如权利要求1至4中的任一项所述的方法获得。

8.如权利要求7所述的风挡擦拭器的用途，用于改善风挡擦拭器在混合状态中的性能。

9.如权利要求7所述的用途，其中，所述改善是在风挡擦拭器在反向区域中的停止点的准确度的改善。

10.如权利要求7所述的用途，其中，所述改善是反向噪音的减小和风挡擦拭器的瞬时噪音的减小。

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