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汽车常用的热塑性弹性体介绍

日期:2017-06-30

汽车常用的热塑性弹性体(TPE)种类繁多,目前最主要的有TPO热塑性弹性体、TPV热塑性弹性体、TPEE热塑性弹性体、TPU热塑性弹性体、tPS热塑性弹性体。TPE材料加工性类似热塑性塑料,生产效益很大,而实际应用中的作用又酷似橡胶。TPE 材料不仅可以降低系统成本,减小部件质量,提高部件性能,提高回收利用率,还可以改善汽车外观。20 世纪90 年代,TPE 在国外汽车上的用量增长很快,一些原来用三元乙丙橡胶(EPDM)制造的橡胶部件改用TPE制造。

TPE热塑性弹性体在汽车上的最大用途是密封条,因其具有与EPDM 类似性能,耐撕裂强度优于EPDM,并且在重量上轻于EPDM,这一点正适合于目前汽车工业提出的轻量化目标。另外,TPE 在汽车胶管及其他零件中也有广泛应用。据报道,日本三菱公司用SANTOPRENE 做汽车后挡板挡风密封材料比用橡胶成本低5%~10%,而且还有提高材料回收利用率和耐久性等好处。随着世界汽车工业的飞速发展,汽车的产量和消费量猛增,其结果是每年汽车的报废量也大得惊人,欧、美等国都着手制订法规,强制性地要求汽车制造商采用可循环的材料,于是汽车用橡胶部件材料出现了TPE化趋向。

目前汽车上常用的热塑性弹性体主要分为四大类,分别是聚烯烃类TPE(TPO和TPV)、聚酯类TPE(TPEE)、聚氨酯类TPE(TPU)和苯乙烯类热塑性弹性(TPS)。TPO主要用在汽车保险杠、内饰表皮材料、门窗密封条、档泥板、转向齿轮箱护套、燃油管等;TPV主要用在高级乘用车的保险扣、角型防冲档、风档、空气阻流片及各种送风、输水胶管、门窗防水密封条、油封、垫片等;TPEE主要用在等速万向节护套、手制动滚轮上、安全带部件、门闩、控制系统防护罩、齿轮和齿条护罩、支撑装置护罩、球形结合用的衬套和灰尘防护罩等.TPU具有优良的耐磨性和耐弯曲疲劳性,可用于连接轴套、密封环及垫片TPS 主要用于汽车胶管、密封垫和胶黏剂上。

1、TPO热塑性弹性体在汽车上的应用

TPO是物理掺混型的聚烯烃类热塑性弹性体,由聚烯烃(常用聚丙烯)和未硫化或轻度硫化的聚烯烃弹性体(三元乙丙橡胶)机械掺混或动态部分(全)硫化掺混而成,其耐极性流体性能优良,但耐非极性烃和卤化碳流体性能差,在高温下性能保持性差。

TPO是目前汽车制造中使用最活跃的TPE,特别是20世纪80年代出现动态硫化TPO,接着又开发出完全交联的动态硫化TPO。由于其突出的物理性能,一定程度的耐油性和出色的耐老化性,它的应用越来越受到人们的重视。当前,TPO在汽车上用量最大的方面是制造保险杠和作为内饰表面材料。美国孟山都公司首先开发并工业化生产的TPO,目前广泛用于制造汽车保险杠和仪表盘。国内由北京化工研究院等单位研制的TPO已工业化生产并用于汽车工业。

2、TPV热塑性弹性体在汽车上的应用

TPV是动态硫化型的聚烯烃类热塑性弹性体,由两种或两种以上能产生协同效应的聚合物在动态全硫化共混或熔融共混中借官能团作用产生交联而制成。其兼有各组分聚合物的优良性能,耐流体性能、耐压缩永久变形和耐屈挠疲劳性能优异,在高温下性能保持性一般良好。美国Monsanto公司用动态硫化法制得的Santoprene得到广泛地应用。该胶拉伸强度可达26.9MPa,扯断伸长率600%,抗撕强度1.12KN/m,缺点是拉伸永久变形较高。Santoprene制品的工作温度范围为-40~+150℃。该胶用于新式汽车的悬挂装置中,预计可用于制造增强管材,折囊和玻璃密封制品等。

为了降低成本和保持美观,国内外厂商开始使用TPV 材料制造汽车门窗密封条。TPV 材料具有着色和再生利用方便的特点。高分子量的TPV 耐摩性好、摩擦系数小,可作为汽车玻璃导槽密封条的挤出用料,也可作为汽车橡胶密封条的无毛边的接角材料。

水发泡海绵状TPV 在国外已研制成功,已在汽车橡胶密封条上得到了应用。这是今后取代海绵橡胶制作汽车密封条的新材料趋势。另外,由于TPV 着色工艺简单方便,它已经常作为汽车橡胶密封条的外装饰层材料。它可在复合机头和口模处共挤包覆,也可在橡胶密封条硫化后,一边挤出TPV 薄膜,一边在高温下与密封条包覆。用前一种方法时,因TPV 与橡胶的挤出温度区别很大,挤出线复合机头需有多处控温又互不干扰的复杂结构;而此时为抗衡橡胶密封条在微波和热空气硫化槽中的硫化温度,使TPE 材料性能不变,需采用特殊的耐高温的TPE 材料。TPV 材料具有明显优越性能,但与EPDM 橡胶相比,价格昂贵,影响了其大范围的推广应用。

3、TPEE热塑性弹性体在汽车上的应用

TPEE(热塑性聚酯弹性体)是含有聚酯硬段和聚醚软段的嵌段共聚物。其中聚醚软段和未结晶的聚酯形成无定形相聚酯硬段部分结晶形成结晶微区,起物理交联点的作用。TPEE具有橡胶的弹性和工程塑料的强度;软段赋予它弹性,使它象橡胶;硬段赋予它加工性能,使它象塑料;与橡胶相比,它具有更好的加工性能和更长的使用寿命;与工程料相比,同样具有强度高的特点,而柔韧性和动态力学性能更好。

TPEE 在汽车上主要用于等速万向节护套,过去该护套用CR 制造,由于其耐屈挠疲劳性较差,加上在高温环境中使用,经常发生破裂,更换新的护套很费力,浪费又大。随着耐热性要求的提高,欧美和日本部分车上开始使用TPEE。TPEE 材料能满足耐候、耐油、耐热的要求,同时可以实现轻量化的目的。其他方面,转向齿条护罩、悬挂护罩、变速箱操纵防尘罩等都可以用TPEE 以吹塑成型方法制造;汽车上应用的各种连接轴套、手制动滑轮、防尘密封环等可以用TPE材料以注塑成型法制造,线束和电缆护套可以用TPEE 以挤出成型法制造。其应用实例和所需性能见下表:

4、TPU热塑性弹性体在汽车上的应用

TPU具有高强度、高耐磨、高弹性、耐老化、耐油等特点,在汽车零部件的应用十分广泛,如用于换档拉杆手柄、各种联轴节的轴套和垫圈、各种线束的接插件、螺旋伸缩电线、电缆护套、齿形带、转向拉杆的护套和垫片、悬挂联合铰链、液压气动、悬挂隔膜、减震隔膜、减震器、弹簧限位快等。利用聚氨酯弹性体的高强度和高承载能力,美国固特里奇公司开发出第二代TPU,其商品名为Estaloc。该产品保持了第一代TPUEstaloc的特性,并采用中空玻璃球作填料,使光泽度提高15%以上,可用于制造汽车边板和减震垫等。汽车用的液压橡胶件中有不少是使用TPU材料。对于护套、门窗密封件燃料管道软管和衬垫材料,日本NiPPonzeon公司建议用酯类热塑性弹性体Elasta来制造。

5、TPS热塑性弹性体在汽车上的应用

苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)是以聚苯乙烯链段为硬段、以聚二烯烃为软段的三嵌段共聚物或多嵌段共聚物。TPS具有优良的拉伸强度和弹性,即使在很低温度下仍能保持一定的柔软性,电性能和透气性优异,但是耐热性、耐油性差。

SBC类TPE与其他类比较具有如下一些特点:这类材料的硬度可以做到耶尔A30~ 70,故可以制成性状最接近于橡胶的制品;耐低温性能优良,和树脂、沥青的相容性好,十分适用于树脂和沥青的改性;耐水性、耐药品性好,自从开发出加氢的SEBS和SEPS后,耐热和耐老化性能有明显的改善;粘接性能优良,初粘力大。因此作为粘接密封剂(如胶粘带、热熔性粘接密封条等)、塑料改性剂(如抗冲聚苯乙烯HIPS、改性聚苯醚MPPO等),大量应用于汽车制造业。以SEBS为基材的TPE在汽车上的主要应用是汽车密封系统。

热塑性弹性体在现阶段虽然还不能全面取代传统的硫化橡胶材料,但是它的应用近年来已有了长足的进展,特别是动态硫化技术的开发,为其在汽车工业中的应用开拓了广阔的前景。

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