热塑性弹性体在汽车上的应用

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目前，在世界材料应用范围内，热塑性弹性体材料的应用日益广泛。而EPDM/PP型动态全硫化热塑性弹性体（TPV）是热塑性弹性体材料的一种，其橡胶相为（乙烯／丙烯／二烯）共聚物（EPDM），经动态全硫化的同时，在强剪切作用下以微米级尺寸均匀分布在聚丙烯（PP）材料内，形成一种海-岛结构的特殊体系。因此TPV材料具有其它热塑性弹性体所没有的特殊性能，如其耐候性因含有EPDM橡胶（耐候性良好）而优于其它橡胶及其它热塑性塑料；其耐高低温性能集EPDM、PP 二者的性能于一身；永久回弹性也因橡胶和塑料的共同作用而优于其它弹性体材料；并且TPV材料环保性能优良，这些扫沪的性能都非常有利于其应用于汽车制件；加之TPV材料可回收再利用这一特性，使其备受汽车制件成型厂商青睐。据美国Robea Eller Associ-ates Inc.公司最近发布的题目为“特种热塑性弹性体：中国的市场、经济、物料间竞争和行业结构”的调查报告，预计2005～2010年中国汽车用热塑性弹性体（TPE）消费量将以年均21%的速度增长。在各种TPE中TPV的年增幅最大，2005～2010年间每年需求将猛增27.3%。1981年美国孟山都公司用动态全硫化技术成功研制出硫化热塑性弹性体（EPDM/PP，TPV），1982年首先建成第一条商品名为“Santoprene"的TPV生产线，垄断瘴全球市场长达20年。自此，TPV的开发为汽车业注人了新的活力。
    我国开发TPV材料较晚，技术相对落后。随着各大高等院校科研水平的不断进步，加之其与企业之间的联合开发生产，使TPV材料的发展取得了长足的进步。由北京化工大学与山东道恩集团联合成立的山东道恩北化弹性体材料有限公司目前已将国产Dawnprene TPV材料推向中国乃至世界的汽车材
& J; @* h6 _: p' u3 B, b/ V料市场，不久的将来会与AES公司的SantopreneTPV材料相抗衡，为我国汽车材料的国产化做出卓越的贡献。笔者现介绍TPV材料的结构特性、生产及其在汽车制件上的应用，并展望TPV材料在汽车上应用的前景。
1  TPV材料的结构及特性
6 y, h8 h& C6 S6 E    TPV材料是在密炼机或双螺杆挤出机内经过高温、高剪切作用，进行动态全硫化的共混型热塑性弹性体材料，橡胶相在硫化的同时被剪切成微米级尺寸，这些微米级硫化橡胶小粒子均匀分散在PP相内，形成海一岛特殊结构，见图1。

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    从图1可见，TPV材料集中了橡胶和塑料两种材料的特性：①具有塑料的可塑性，可以同塑料一样进行各种成型加工，如挤出、注塑、吹塑、压延、模压等，并能与PP、EPDM等进行粘合；②具有橡胶的弹性，可以与橡胶一样用于一些弹性制品，如减震、密封、包覆等；③其耐老化性能特别好，据国外研究报道，TPV的有效使用寿命长达50年；④耐酸碱性、耐油性能良好；⑤无污染、环保可靠，完全符合欧盟RoHS指令；⑥可以反复加工而不损失力学性能。以上特性决定了TPV材料能广泛应用在汽车制件上。
2  TPV材料在汽车制件上的应用
2.1  内饰件
    专为汽车内部装饰应用而设计的TPV系列具有质软、使用温度范围宽、易于加工、设计灵活、可循环使用等特点。用该材料制成的汽车内饰件有助于降低噪音和震动。目前选用低雾材料生产汽车内饰件已成为必然，TPV材料迎合了这一趋势，可以显著提高汽车内部的装饰水平及环保要求。
2.2  手刹护套
; q6 U1 E5 @3 M* z9 n4 |3 Q    手刹护套以前大多采用聚氯乙烯（PVC)材料生产，目前PVC材料在汽车内饰件上已很少使用，作为弹性体材料的TPV成为手刹护套材料的第一选择。如上海大众汽车部分车型的手刹护套已采用环保的TPV材料。汽车手刹护套材料要求具有较好的加工流动性、较好的外观和手感，并且有优良的耐老化性能，见表1。
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& ?7 d, n, n) z! O2.3  安全系统
- ]7 r; l2 ~- m: i2.3.1  安全气囊盖
    目前，较高档次轿车的安全气囊盖采用聚酯类热塑性弹性体（TPEE）材料，但由于TPEE材料价格居高不下，许多汽车配套厂商极力寻找一些替代产品，TPV材料经过改性，可在一定程度上替代TPPE材料生产安全气囊盖。这是因为TPV材料在-40℃低温下的悬臂梁冲击强度可以达到NB（不断），同时其维卡软化温度可达到115℃。目前已有成功使用的先例，如图2所示。


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! F- J  _# i( T# a6 v2 r2.3:2  挤出级点火线

点火线即高压缸线
# F, v- Z- U# C; h    TPV汽车点火线外皮专用料以其良好的耐高电压、耐老化、耐油及稳定的阻燃性等优点在广大客户中享有很高的评价。用TPV生产的阻燃级点火线材料的阻燃性可以达到UL 94V-0级，介电强度可以达到18 kV/mm，而非阻燃的TPV材料的介电强度可以达到22 kV/mm，完全可以达到汽车用点火线的耐高压性能要求。TPV点火线外皮手感特别好，可以进行激光喷涂。
  Z; i! h1 U, Q2 t6 A2.4  密封系统
- w0 h/ L) o1 {! F5 T% i$ G: s    据中国汽车协会密封条相关分会报道，到2010年我国汽车密封条要达到90%以上能回收。因此今年以来采用TPV材料生产汽车密封条呈现了突飞猛进的势头。
* y$ B) ]; C( t% ?/ Q* a! ]% f2.4.1  密封条
/ g$ ]3 B" U" P( i8 e9 `+ v    采用TPV材料挤出生产的密封条的密封性、防水性、防尘性、减振性及降噪性等功能均可以达到EPDM的效果，并且这种挤出级密封条加工容易、可回收利用，且制品外观细腻、手感好，有很好的耐老化性能和耐紫外性能，在很宽的使用温度范围内具有优良的压缩性能和压缩应力松弛，是汽车密封条的首选材料。同时，TPV挤出密封条可以植绒，可以与PP共挤或粘合，满足不同汽车密封条的需要。几种PVC、EPDM、TPV密封条材料的比较见表2
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    比如制备玻璃密封条时，可采用注模处理工艺，将高流动性TPV系列应用于边窗玻璃模块的边缘，通过特殊的粘合剂粘合，可避免使用多个零部件，从而获得良好的密封性能、精确的公差度和橡胶般的外观。
5 J  j4 f) r9 U3 F* [% U7 g2.4.2  密封件
2 P$ ?" F" |' t/ l    （1)灯光密封
/ r) v; p& L! I$ _& q    TPV材料允许对外部零件进行更加灵活的设计，比如，大灯密封采用具有较好尺寸稳定性和精密公差的TPV时，可使其内壁部分变得更薄，从而减少了材料的使用量，减少了件重；而着色的 TPV可使前大灯的外观既光泽又亮丽；如果在汽车灯玻璃与灯罩之间巧妙使用TPV，可在前大灯装配过程中减少对粘合剂和粘合带的使用。
    (2）风门阀门密封
    用TPV制成的风门阀门密封具有变形小、密封时间长和低气味等特点，是低成本风门阀门密封的首选材料。
    （3）油箱密封
* D4 X0 Z5 }3 D: b6 L6 H    TPV具有优良的化学稳定性，经二次注射成型的油箱密封可在-40～90℃范围内抵抗来自清洁剂、飞溅的汽油、涂料等的腐蚀，可赋予优越的密封性能。
2 t6 Z9 N$ p2 K8 @+ f" C    (4）挡风玻璃刮水器密封
! T7 G# Y6 ]" u( n  @& A- ?$ A5 s    用TPV多次注射成型的挡风玻璃刮水器密封具有良好的耐磨损性和抗扯性，即使在低温环境下仍具有较好弹性和耐老化性。
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2.5  防尘罩及通风管
2 d6 u$ n; h$ o+ D; f    TPV材料可进行不同程度的吹塑成型，加之TPv材料良好的弹性、耐疲劳性及耐油性能，使其在汽车防尘罩和通风管材料上得到了应用。用TPV材料生产的防尘罩及排气管外观细腻、手感好，深受汽车制造厂商的好评。有实验表明，TPV材料经500万次的挠曲不破坏，而在相同条件下天然橡胶只能耐10万次左右。TPV防尘罩在常温下黄油中浸泡一周后外观无明显变化。见图3。
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$ r+ D( {- o5 I+ F3  结语
    据《亚洲塑料橡胶》杂志报道，在未来5年内，汽车耐候零配件将全部采用TPV材料生产，预计可增长15%～20%。由此可见，TPV对汽车行业将有重大的推动作用，TPV在汽车领域的市场潜力很大。随着人们生活质量的不断提高、环保意识的不断增强，TPV材料在汽车及其它领域的应用将得到长足的发展，高流动性硫化热塑性弹性体TPV材料在环保方面以其可回收再利用、能节约石油资源的优点而较其它材料具有很大的优势。

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