汽車密封膠作為保障車輛防水、防塵、減震及隔音性能的關鍵材料，需在極端環境（-40℃至 80℃）下保持結構完整性與功能穩定性，其中低溫柔韌性是核心指標之一 —— 低溫環境下（如寒區冬季），密封膠易因分子鏈剛性增強而變脆、開裂，導致密封失效，引發漏水、風噪甚至部件損壞。加氫石油樹脂憑借其“飽和環烷烴柔性結構”“窄分子量分布”及“與密封膠基體的良好相容性”，可有效改善密封膠的低溫力學性能，通過調控分子鏈運動、增強界面結合與優化交聯網絡，解決傳統增粘樹脂（如未加氫 C5/C9 樹脂、松香樹脂）導致的低溫脆化問題。本文從汽車密封膠的低溫失效機制切入，系統解析加氫石油樹脂改善低溫柔韌性的核心原理，結合典型基體（如聚氨酯、硅橡膠、丁基橡膠）的適配性，為高性能汽車密封膠配方設計提供理論支撐。

一、汽車密封膠的低溫失效機制：低溫柔韌性不足的根源

汽車密封膠多為彈性體基復合材料（基體+增粘樹脂+填料+交聯劑），其低溫性能取決于“基體分子鏈的運動能力”與“體系內部的應力傳遞效率”。低溫環境下，密封膠的失效本質是分子鏈剛性增強與內應力集中導致的脆性斷裂，具體表現為以下兩方面：

（一）分子鏈運動受限：玻璃化轉變導致剛性突增

密封膠基體（如聚氨酯、丁基橡膠）的分子鏈存在“玻璃化轉變溫度（Tg）”—— 當溫度降至 Tg 以下時，分子鏈的段運動（如鏈段旋轉、伸縮）被凍結，材料從高彈態轉變為玻璃態，剛性顯著增強、柔韌性急劇下降。例如，未添加增粘樹脂的聚氨酯密封膠 Tg 約為-30℃，在-40℃時其斷裂伸長率從常溫的 500%降至 80%以下，拉伸強度從 3 MPa 升至8MPa，易在車輛震動或冷熱循環中因形變能力不足而開裂。傳統未加氫石油樹脂因含不飽和雙鍵（如芳香環、烯烴鍵），分子鏈剛性較強，與基體復合后會顯著提升體系 Tg（如添加 20%未加氫 C9 樹脂的聚氨酯密封膠，Tg 升至-20℃），進一步加劇低溫脆化；而松香樹脂雖 Tg 較低，但耐候性差，長期使用易氧化交聯，導致低溫韌性衰減。

（二）內應力集中：界面相容性差與填料分散不均

汽車密封膠中通常添加填料（如炭黑、碳酸鈣）以提升強度與耐老化性，但低溫下若增粘樹脂與基體、填料的相容性差，會導致以下問題：

界面分層：樹脂與基體分子鏈無法形成有效纏結，界面結合力弱，低溫下材料受力時，應力易在界面處集中，引發界面剝離；

填料團聚：樹脂無法包裹填料表面，填料顆粒團聚形成“剛性點”，受力時這些點成為應力集中源，導致裂紋萌發與擴展。

例如，添加未加氫C5樹脂的丁基橡膠密封膠，因樹脂與丁基橡膠的相容性差，低溫（-40℃）下拉伸時易在樹脂-基體界面處斷裂，斷裂伸長率僅為 50%，遠低于需求的 150%以上。

二、加氫石油樹脂改善低溫柔韌性的核心機制

加氫石油樹脂通過分子結構設計（飽和環烷烴鏈、可控分子量）與密封膠體系形成協同作用，從“降低體系 Tg”“增強界面相容性”“優化應力傳遞”三個維度改善低溫柔韌性，其核心機制可概括為以下三方面：

（一）分子鏈增塑與 Tg 調控：促進低溫下分子鏈運動

加氫石油樹脂的飽和環烷烴結構是其改善低溫韌性的關鍵 —— 通過加氫工藝去除未加氫樹脂中的不飽和雙鍵，形成柔性更強的環戊烷、環己烷等環烷烴單元，分子鏈的旋轉位阻顯著降低，可作為“內增塑劑”促進密封膠基體分子鏈的低溫運動：

降低體系 Tg：加氫石油樹脂自身的 Tg 較低（通常為-50℃至-30℃），與基體復合時，其柔性分子鏈可嵌入基體分子鏈的空隙中，削弱基體分子間的作用力（如范德華力、氫鍵），降低分子鏈段運動的活化能，從而降低體系整體 Tg。例如，在聚氨酯密封膠中添加 20%加氫C5樹脂（Tg=-45℃），體系 Tg 從-30℃降至-42℃，-40℃時分子鏈仍能保持一定段運動能力，斷裂伸長率提升至 250%以上；

抑制低溫結晶：部分密封膠基體（如丁基橡膠、聚乙烯基醚）低溫下易發生結晶，導致剛性增強。加氫石油樹脂的窄分子量分布（PDI=1.5-2.5）使其分子鏈可均勻分散于基體中，阻礙基體分子鏈的有序排列，抑制結晶過程。例如，添加 15%加氫 C9 樹脂的丁基橡膠密封膠，-40℃下的結晶度從 30%降至 12%，柔韌性顯著提升。

（二）界面相容性優化：減少應力集中

加氫石油樹脂通過“極性匹配”與“分子鏈纏結”增強與密封膠基體、填料的界面結合，避免低溫下界面分層與應力集中：

極性適配基體：加氫石油樹脂可通過調節加氫程度與共聚單體（如引入少量含氧化合物），調控分子鏈極性，使其與不同基體（極性聚氨酯、弱極性丁基橡膠、非極性硅橡膠）的極性匹配。例如，針對極性聚氨酯基體，選擇含少量羥基的加氫C5樹脂，其羥基可與聚氨酯的氨基甲酸酯基團形成氫鍵，增強界面作用力；針對弱極性丁基橡膠，選擇非極性環烷烴結構為主的加氫 C9 樹脂，通過分子鏈纏結實現緊密結合；

包裹填料增強分散：加氫石油樹脂的低分子量特性（Mn=1000-3000Da）使其具有良好的流動性，可在密封膠制備過程中均勻包裹填料表面（如炭黑、碳酸鈣），形成“樹脂-填料”界面層，避免填料團聚。例如，添加加氫樹脂的硅橡膠密封膠，炭黑分散粒徑從 500nm 降至 200nm 以下，-40℃時應力集中現象顯著減少，斷裂伸長率從 100%提升至 180%。

（三）交聯網絡柔性化：提升低溫形變能力

汽車密封膠多為交聯體系（如聚氨酯的氨基交聯、硅橡膠的硅氧烷交聯），交聯密度過高會導致分子鏈運動受限，低溫韌性下降。加氫石油樹脂可通過“調控交聯密度”與“柔性交聯點構建”優化交聯網絡：

適度降低交聯密度：加氫石油樹脂的分子鏈可插入基體的交聯網絡中，占據部分交聯位點，減少過度交聯，例如，在聚氨酯密封膠中，加氫樹脂的環烷烴鏈可與聚氨酯的軟段（聚醚/聚酯鏈）纏結，阻礙異氰酸酯與羥基的過度反應，使交聯密度從 1.5 mmol/cm³ 降至 1.0mmol/cm³，-40℃時的形變能力顯著提升；

構建柔性交聯點：部分特種加氫樹脂（如含環氧基、氨基的功能化加氫樹脂）可作為“柔性交聯劑”，與基體反應形成柔性交聯點（如環烷烴鏈連接的交聯鍵），而非傳統剛性交聯點（如芳香環連接）。例如，含環氧基的加氫樹脂與聚氨酯的羥基反應，形成“聚氨酯軟段-環烷烴鏈-聚氨酯軟段”的交聯結構，該結構在低溫下可通過環烷烴鏈的旋轉吸收應力，避免剛性斷裂，-40℃時密封膠的抗開裂能力提升 50%以上。

三、加氫石油樹脂與汽車密封膠基體的適配性：配方優化實踐

不同汽車密封膠基體（聚氨酯、硅橡膠、丁基橡膠）的結構與性能差異顯著，需選擇適配結構的加氫石油樹脂，才能最大化低溫柔韌性改善效果，以下為三類主流基體的適配策略與應用效果：

（一）聚氨酯密封膠：適配含弱極性基團的加氫C5樹脂

聚氨酯密封膠（PU 密封膠）是汽車車身密封的主流材料，具有高彈性、耐老化性，但低溫（-40℃）下易脆化。其適配的加氫石油樹脂需兼具“弱極性”與“低 Tg”，以增強與聚氨酯軟段（聚醚鏈）的相容性：

樹脂選擇：選擇 Tg=-45℃至-40℃、含少量醚鍵的加氫C5樹脂，添加量為 15%-25%；醚鍵可與聚氨酯的氨基甲酸酯基團形成弱氫鍵，增強界面結合，同時低 Tg 樹脂可有效降低體系 Tg；

應用效果：添加 20%該類樹脂的 PU 密封膠，-40℃時斷裂伸長率從 80%提升至 280%，拉伸強度從8MPa 降至4.5 MPa，且經過 100次-40℃至 80℃冷熱循環后，斷裂伸長率保留率達 85%以上，無開裂現象，滿足車身焊縫密封需求。

（二）硅橡膠密封膠：適配非極性加氫 C9 樹脂

硅橡膠密封膠（SR 密封膠）具有優異耐高低溫性（-60℃至 200℃），但低溫下粘性與柔韌性不足，需通過加氫樹脂增強低溫形變能力：

樹脂選擇：選擇 Tg=-50℃至-45℃、非極性環烷烴結構為主的加氫 C9 樹脂，添加量為 10%-20%；非極性結構可與硅橡膠的聚二甲基硅氧烷（PDMS）鏈段良好相容，避免界面分層；

應用效果：添加 15%該類樹脂的 SR 密封膠，-40℃時斷裂伸長率從 100%提升至 190%，邵氏硬度從 60A 降至45 A，且在-60℃時仍能保持一定彈性，適合汽車車窗、動力電池密封（低溫環境下需適應電池膨脹收縮）。

（三）丁基橡膠密封膠：適配高柔性加氫 C5/C9 共聚樹脂

丁基橡膠密封膠（IIR 密封膠）具有優異氣密性，常用于汽車輪胎、油箱密封，但低溫下因結晶性強而韌性差。其適配的加氫樹脂需兼具“高柔性”與“抗結晶性”：

樹脂選擇：選擇 Tg=-48℃至-42℃、C5/C9 共聚的加氫樹脂（C5 提供高柔性，C9 提供抗結晶性），添加量為 20%-30%；共聚結構可有效抑制丁基橡膠的低溫結晶，同時增強分子鏈纏結；

應用效果：添加 25%該類樹脂的 IIR 密封膠，-40℃時結晶度從 30%降至 10%，斷裂伸長率從 50%提升至 220%，且氣密性保留率達 98%以上，滿足輪胎內胎、油箱的低溫密封需求。

四、挑戰與優化方向

盡管加氫石油樹脂顯著改善汽車密封膠的低溫柔韌性，仍存在“高溫性能與低溫韌性平衡難”“功能化改性成本高”“長期耐老化性待提升”三大挑戰，需通過以下方向突破：

溫域性能平衡：采用“低 Tg 加氫樹脂+高軟化點剛性樹脂”復配體系（如加氫C5樹脂與氫化松香樹脂按 7:3 復配），利用低 Tg 樹脂改善低溫韌性，高軟化點樹脂保障高溫（80℃）下的模量與抗蠕變能力，實現-40℃至 80℃的寬溫域性能平衡；

低成本功能化：開發非貴金屬催化加氫工藝（如 Ni/ZnO 復合催化劑）替代傳統 Pd、Pt 催化劑，降低加氫樹脂生產成本；同時利用生物基原料（如木質素衍生烯烴）部分替代石油基餾分，實現綠色化與低成本化；

耐老化性提升：在加氫樹脂分子鏈中引入抗氧基團（如受阻酚、亞磷酸酯），或與抗氧劑（如 1010、168）協同使用，抑制長期使用中的氧化交聯，確保低溫韌性衰減率 < 15%（5000小時老化測試）。

加氫石油樹脂通過“分子鏈增塑降低 Tg”“優化界面減少應力集中”“柔性化交聯網絡”三大機制，有效改善汽車密封膠的低溫柔韌性，解決傳統樹脂導致的低溫脆化問題。其核心是樹脂結構與密封膠基體的精準適配 —— 根據基體極性、結晶性選擇合適 Tg、極性與結構的加氫樹脂，可最大化低溫性能提升效果。未來，隨著寬溫域平衡技術、低成本功能化改性的成熟，加氫石油樹脂將在高端汽車密封膠領域（如新能源汽車動力電池密封、寒區專用密封膠）發揮更重要作用，推動汽車密封材料向“全溫域穩定、長壽命、綠色化”方向發展。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://www.63637.cn/