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热塑性弹性体资料在轿车轻量化研讨中的运用

来源:环球app下载 作者:环球app下载安装

2024-03-28 10:10:42

  轿车轻量化已成为国际轿车技能开展的趋势,热塑性弹性体作为轿车轻量化的要害资料,在轿车范畴具有很好的运用远景。文章经过具体介绍苯乙烯类、聚烯烃类、聚氨酯类、聚酯类等热塑性弹性体的功用及在轿车零部件范畴的运用等,表现了热塑性弹性体对轿车轻量化的活泼促进效果,并指出了热塑性弹性体的未来开展方向。

  跟着人们对轿车的动力性、舒适性、多功用性等配备要求越来越高,轿车承载的配备也随之增加,导致轿车分量及油耗不断上升。现在,国际多个国家和地区对轿车的二氧化碳排放量进行了严厉约束;我国公布的《节能与新能源轿车产业开展规划(2012—2020年)》中要求,到2020年乘用车均匀燃料耗费量降至5.0L/百公里,节能型乘用车燃料耗费量降至4.5L/百公里以下。近年来,削减轿车燃油用量已成为改善全球气候问题的重要组成部分,轿车轻量化火烧眉毛。

  轿车轻量化是在满意轿车运用要求、安全功用和本钱操控的前提下,将结构轻量化规划及制作技能与多种轻量化资料运用集成,完成轿车整备质量减重。试验数据标明:当轿车的整备质量下降10%,可使燃油功率进步6%~8%;整车每削减100kg,可使百公里油耗下降0.3~0.6L,CO2排放削减5.0g/公里。此外,因为轿车磕碰时的冲击能量与轿车质量成正比,平等条件下轿车越轻则磕碰时的冲击能量、乘员所受的冲击加速度和车身结构的变形就越小,对乘员安全的维护功用越高。因而,轿车轻量化因为可削减燃料耗费、下降排气污染、维护乘员安全,已成为国际轿车技能开展的趋势。其间,热塑性弹性体作为轿车轻量化的要害资料,在轿车范畴具有很好的运用远景。

  依据弹性体是否可塑化,将弹性体分为热固性和热塑性两类。热固性弹性体即传统含义的橡胶;热塑性弹性体(ThermoplasticElastomer,TPE)兼具塑料的可塑性和橡胶的弹性,是最近开展较快的一种新式高分子资料。热塑性弹性体可收回运用、机械功用好、加工快捷、耐候性及耐老化性优异,按化学组成可分为苯乙烯类、聚烯烃类、聚氨酯类、聚酯类、聚酰胺类等。

  近年来,选用共混、填充、增容、共交联、嵌段共聚、化学接枝、互穿聚合物网络(InterpenetratingPoly⁃merNetworks,IPN)等组成与加工改性技能,既可坚持聚合物自身的长处又可运用复合效应改善某些原有缺点,资料的归纳功用得到大幅进步,为开发更多的TPE产品奠定了杰出基础。例如:环氧化天然橡胶/聚氯乙烯/蒙脱混型TPE资料可进步拉伸强度及邵氏硬度;将炭黑、纳米氧化硅和微米氧化钙添参加聚醚二醇/聚苯乙烯/丁苯橡胶TPE资料,可起到显着的补强效果;选用动态硫化法制备的聚氨酯/硅橡胶聚烯烃合金热塑性弹性体,比较简略二元共混体系可将拉伸强度进步10倍;将双(γ-三甲氧基甲硅烷丙基)胺接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为增容剂后,可进步聚氨酯/硅橡胶过氧化物硫化的TPE复合资料的拉伸强度和开裂伸长率;选用多功用复合改性剂YY-503,可明显改善PP/SEBS复合资料的MFR和外表光泽度;以天然橡胶和甲基丙烯酸甲酯为首要原资料制备的NR/PMMA互穿网络共混物,跟着硫化剂过氧化二异丙苯和双烯交联剂用量的增大,可进步NR/PMMA共混物的拉伸强度和撕裂强度。

  轿车零部件选用TPE资料不只能够削减分量、进步零部件功用及整车收回运用率,还能改善外观,自20世纪90年代以来,TPE在轿车范畴的用量增加很快并逐步代替了传统橡胶资料。轿车轻量化及全球规模内轿车燃油经济性规范的益发严厉,是推进全球TPE需求量增加的首要因素。相关组织猜测,未来5年内TPE将有均匀5.5%的归纳增加率,而作为全球最大TPE商场的亚太地区在2022年价值有望到达78.2亿美元。

  苯乙烯类热塑性弹性体(ThermoplasticElasticofStyrene,TPS)是TPE的开山祖师,其硬端由苯乙烯类组成,软端由聚丁二烯等组成,是现在国际上产值最大、开展最快的一种热塑性弹性体。TPS的开始产品被称为SBS(聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物),是在常温下表观性状最接近于橡胶的TPE资料。TPS具有优异的耐冲突和抗疲惫功用、杰出的拉伸强度和弹性且价格低廉,经饱满加氢所制成的TPS-SEBS等具有优异的耐臭氧、耐氧化、耐紫外线和野外耐候功用。因为在非动态用处方面可与乙丙橡胶比美,该类热塑性弹性体可用于密封条、装修条、制动手柄、换档手柄手球等轿车部件。

  热塑性聚烯烃弹性体(ThermoplasticPolyolefinElastomer,TPO)由橡胶和聚烯烃构成,橡胶组分为三元乙丙橡胶、丁腈橡胶和丁基橡胶,聚烯烃组分首要为聚丙烯和聚乙烯;聚丙烯-乙丙橡胶的配比一般为(5~60)/100,最好为(20~35)/100。动态部分硫化热塑性聚烯烃弹性体(ThermoplasticPolyolefinElastomerofVulcanization,TPV)是三元乙丙无规共聚物与聚烯烃树脂参加硫化剂(有机过氧化物或与硫黄硫化体系并用)后,于密炼机混并凭借硫化剂部分交联而得。TPV的相态结构是由橡胶和聚烯烃两相别离的共混物,且共混物的功用会跟着相态改动而发生改动,当橡胶为接连相时TPV功用相似硫化胶,当树脂为接连相时则功用相似塑料。运用TPV资料后则无需硫化阶段,可运用更简略的加工设备以下降能耗,还可削减后续的去除毛边工序,然后缩短制作周期。

  TPO/TPV具有耐磨、耐候、耐撕裂、耐冲击、耐臭氧、耐紫外、耐酸碱等优异功用,最大运用范畴为轿车配件制作职业,其间用量最多的有EPDM/PP和NBR/PP两类。能够经过打针、挤出、热成型、吹塑成型、压延机加工等多种手段,将TPO/TPV制作成形状杂乱的制品;也可依据需求增加各种颜料,将制品调成不同色彩;还可参加抗氧剂、软化剂、填充剂等配合剂,改善TPO/TPV的加工功用和运用功用并下降本钱。

  跟着轿车向高功用、长命及轻量化开展,轿车部件选用TPO/TPV代替传统热固性硫化胶的速度越来越快,功用化开发进一步拓宽了TPO/TPV在轿车范畴的运用规模。轿车外饰件体系中,可将TPO/TPV运用于保险杠、车身外板、车轮护罩、挡泥板、车门槛板、散热器格栅、车车牌板、车侧镶条等;轿车内饰件体系中,TPO/TPV首要用于仪表板、扶手、内饰板蒙皮、安全气囊外皮等;轿车密封体系中,TPO/TPV的运用包含雨刮条、玻璃导槽、大灯密封圈、挡风玻璃密封条、三角窗密封条、油箱盖密封圈等;轿车发动机体系中,TPO/TPV可用于空气导管、电气接线套、燃料管防护罩等;此外,TPO/TPV还可在底盘及转向体系用于等速万向节维护罩、轴架悬置防护罩、齿条和小齿轮防护罩等。

  聚氨酯类热塑性弹性体(ThermoplasticPolyure⁃thanes,TPU)是由异氰酸酯、聚醚(或聚酯)大分子多元醇与小分子扩链剂构成的嵌段共聚体;一般由异氰酸酯及扩链剂构成硬段,由低聚物多元醇柔性长链构成软段,硬段和软段替换摆放构成重复结构单元。除了含有氨酯基团以外,TPU分子内及分子间可构成氢键,硬段和软段可构成微相区并发生微观相别离,共同的分子结构使TPU成了一种既坚持橡胶高弹性又具有塑料的高硬度和高强度的高分子组成资料。杰出的耐磨性使TPU获得了“耐磨橡胶之王”的美誉,TPU还具有隔音、耐油、耐水、耐溶剂、耐屈挠、耐老化、机械强度高、滤震性好、黏接力强、硬度规模广等优异功用,但耐热性和耐压缩性较差,外观易变黄且易粘模具。经过选用不同品种的固化剂、多元醇和扩链剂等质料,能够组成出功用各异的多种TPU产品。相关组织猜测,由欧洲、亚太和美国主导的全球TPU商场到2020年价值有望超越730亿美元。

  轿车塑料件的开展趋势是不断推出高性价比且可收回再生的资料,促进了TPU广泛运用于轿车的多种部件,包含轮胎、座椅、地垫、头枕、门板、气囊、轴套、仪表盘、遮阳板、减震垫、换档拉杆手柄手球、隔音降噪及密封资料等;选用玻璃纤维增强的增强型聚氨酯弹性体,可明显进步资料的刚性和冲击性,用于制作轿车保险杠等大型部件。

  聚酯类热塑性弹性体(ThermoplasticPolyesterElastomer,TPEE)归于线型嵌段共聚物,除了具有硫化橡胶所特有的功用外,还兼具热塑性塑料的加工特性。因为TPEE的模量比相同硬度的其他热塑性弹性体要高,当以模量为重要的规划条件时,选用TPEE资料可缩小制品的横截面积以削减资料用量;经过改动软硬段份额,可调理TPEE的硬度规模;TPEE的耐热功用优异,且硬度越高耐热性越好,在140℃接连加热10h根本不失重,180℃高温下加热10h失重仅为0.1%;TPEE的耐寒功用也很超卓,且硬度越低耐寒性越好,可在-40℃的低温下长期坚持功用不变。此外,TPEE的机械强度高且耐疲惫、耐油、耐耗、耐化学介质等功用优异,但耐热水性较差。在轿车零部件范畴,TPEE常用于油管、门锁、密封圈、前照灯、进气软管、安全气囊、齿轮齿带、安全带部件、转向节防尘罩、门把手密封环、卫星天线存在的问题

  尽管热塑性弹性体具有无毒、环保、易收回、质感柔软、硬度可调、上色快捷、物理化学功用好、习惯多种加工工艺等明显优势,但在实践运用进程中,TPE资料也存在一些不足之处:

  (4)制品价格较高。根据热塑性弹性体的以上缺点,相关技能人员仍在不断研制及改善。

  跟着我国对环境维护越来越注重,橡胶资料污染大、难收回、加工进程能耗高,必然将被无污染且易收回的资料所代替。现在,热塑性弹性体已代替部分天然橡胶、组成橡胶及塑料,为轿车各部件制作供给了重要的资料支撑,大力促进了轿车轻量化的开展进程。近年来,TPS,TPV,TPU等热塑性弹性体的国产化进程正在加速,国产TPE资料用量份额逐步增大,车用热塑性弹性体的需求量也继续上升。选用浇注型TPU制作的轮胎比较于一般橡胶而言翻滚阻力低,可削减轿车的燃油耗费;运用寿命长,可削减轮胎的运用数量和创新次数;出产进程中可削减炭黑和芳烃油的运用量,运用进程中不会发生污染环境的废尘和废料,还可完成生物降解进步收回运用率。轿车密封条和进气软管等曾经首要运用EPDM资料,近几年许多已被TPV代替。

  但是,现有TPE资料的某些功用无法到达轿车零部件实践运用中的高要求,如耐热性、耐压缩性、耐久性等,这鼓励了全球技能人员对TPE资料的功用性研讨继续活泼,新品种TPE及其复合资料不断涌现并运用于各范畴。从组成技能和加工工艺方面考虑,TPE资料的未来开展方向包含:(1)研讨对TPE进行化学交联改性的新方法。

  (3)将纳米技能与TPE资料运用相结合。(4)开发可收回再运用的新式TPE资料等。跟着轻量化资料的不断开发及改善,热塑性弹性体在轿车范畴的运用将进一步下降体系本钱、进步部件功用、减轻整备质量等,为轿车轻量化营建光辉未来。


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