在当今社会,汽车工业领域大量使用塑料来代替各种有色金属和合金材料,这是汽车工业提高汽车的美观性、设计的灵活性、降低零部件加工、装配和维修费用的有效途径。也是满足国际化环保法规及汽车轻量化要求的趋势之一。随着我国汽车工业的不断发展,近年来我国汽车塑料的用量也有了显著的提高。各大汽车主机厂在其相应车型上的塑料用量也随着新车型的不断推出而不断增加,而在车用诸多塑料品种中,热塑性弹性体材料在汽车上的应用和开发逐渐成为被汽车工业和塑料工业关注的焦点。热塑性弹性体材料作为一种塑料中性能相当优越,非天然材料所能比拟的高级工程塑料,在汽车材料领域应用日益广泛。而热塑性硫化胶TPV做为热塑性弹性体中的一种,具有着其他热塑性弹性体所不具有的特殊性能。这些性能都非常有利于其应用于汽车制件,也契合了目前汽车轻量化及要求材料环保这一发展趋势。下面就TPV的性能优点及应用做具体的阐述和讲解。
一、热塑性硫化胶(TPV)的特性与优点
1、热塑性硫化胶(TPV)的具体的性能特点有以下几个方面:
(1)-40℃至150℃的有效操作范围内具有稳定的机械性能;
(2)对于水基的液体,油类及碳氢化合物类具有氯丁橡胶品级的耐油耐溶剂性;
(3)在150℃暴露两星期或125℃暴露更长的时间,显出其极优的耐油耐溶剂性;
(4)卓越的抗动态疲劳性能;
(5)压缩变形及永久变形小,因橡胶和塑料的共同作用而优于其他弹性体;
(6)很高的抗撕裂强度;
(7)极优的耐臭氧及耐候性,由于TPV里面含有EPDM橡胶(耐候性良好)而优于其他橡胶及其它热塑性塑料;其耐高低温性能集EPDM、PP二者性能于一身;
(8)与聚丙烯(PP)有极佳的粘结性;
(9)很高的抗撕裂强度。
2、热塑性硫化胶(TPV)有着一般橡胶所不具有的优点:
(1)可循环利用;
(2)无污染,即使燃烧也不会产生有害气体;
(3)低比重、轻量化,按比重换算的话相对于一般橡胶的话可实现25~30%的轻量化;
(4)使用温度范围广;
(5)耐热老化性、不易变色。
二、热塑性硫化胶(TPV)在汽车上的应用
1.汽车外部的应用
热塑性硫化胶(TPV)在汽车的应用十分的广泛,在汽车上的各个部分都能看到它的身影。专为汽车内部装饰应用而设计的可着色TPV系列具有软质、滑、重量轻、使用温度范围宽、易于加工、设计灵活、可循环利用、色彩稳定性好、抗刮擦、耐磨损等特点,可与许多其他的热塑性材料进行良好的粘合。用该材料制成的汽车内饰件有助于降低噪音和震动,并且能够满足目前世界各地极为严格的低起雾要求,显著提高了汽车内部的装饰水平。
● 脚轮和旋钮
采用抗紫外线的TPV材料、通过多次注塑成型的窗旋钮不仅外观得到了改进,而且其耐刮伤性和耐用性也得到了进一步提高;将TPV 嵌入聚丙烯塑件中,或通过二次注塑,在无须使用任何粘合剂的情况下,即可生产出具有高粘结强度的坐椅调节轮。
● 把手
采用可着色、抗紫外线性能好的 TPV 系列产品制成的车顶、车门和手刹车手柄等内饰件产品能满足低起雾标准,这些产品的外表面质量高,具有干爽、舒适的触觉,使用温度为-40℃~+90℃。
● 风箱除湿芯体
用 TPV二次注塑的密封无需对加热器芯体用泡沫进行隔离,密封安装简便,无气味,从而节省了大量的时间和劳动力。
● 风门阀门密封
用 TPV制成的风门阀门密封具有变形小、密封时间长和气味小的特点,是低成本风门阀门密封的首选材料。
● 垫块和杯托
TPV 具有无油腻触觉、重量轻以及低噪音的特点,因此非常适合于制作杯架和零钱储存器、垫块、转向柱管套筒等内饰件。采用高流动性的TPV 制作该类产品时,可以减少或消除流痕和浇口缺陷,使产品的外表更加完美。
● 气囊门面板和外壳
软质TPV 能满足气囊门面板和外壳在着色方面的要求,可在-35℃~+85℃的温度范围内使用,具有卓越的抗紫外线和防老化性能。
2.汽车外部的应用
TPV 允许对汽车外部零部件进行更加灵活的设计。TPV 综合了优异的密封性和抗紫外线性、抗磨损及抗扯性、低温适应性、热塑性、耐涂料涂抹性、轻重量、低成本、高公差精度等优点,可进行着色和循环利用,还可以与PP、ABS、PC、Nylon 等多种材料粘合使用,很好地满足了人们对于提高零部件性能和改进产品外观等方面的需求。
● 灯光密封
当前大灯密封采用具有尺寸稳定性和精密公差的TPV时,可使其内壁部分变得更薄,从而减少材料的使用量,降低产品的重量。而可着色的TPV 还可使前大灯的外观既光泽又亮丽。如果在汽车灯玻璃和灯罩之间精确使用TPV,可在前大灯装配过程中减少对粘合剂和粘合带的使用。
● 汽车前盖
从审美学和空气动力学的角度看,TPV 制成的汽车前盖非常牢固,能够在低温条件下抗撕裂并保持弹性,是汽车前盖边缘的首选材料。
● 天线底座
TPV 具有优越的热能特性和尺寸稳定性,用其制成的天线底座不受汽车上金属部件的热膨胀或收缩的影响,可以将天线仪表前盖安装在适当位置,其阻尼特性可避免天线将振动传送到金属片上。
● 挡风玻璃刮水器密封
用 TPV多次注塑成型的挡风玻璃刮水器密封具有抗磨损和抗扯性,即使在低温环境下仍具有弹性和抗老化性。
● 前扰流板
采用TPV制成的前扰流板具有足够的弹性和强度,在低温条件下的抗扯性和抗碰撞损坏性能良好。
● 挡泥板
采用可再生的TPV制成的注模挡泥板具有优良的抗紫外线性能,在低温条件下其弹性良好。
● 油箱密封
TPV 具有优良的化学稳定性,通过二次注塑成型的油箱密封可在-40℃~+90℃的温度范围内抵抗来自清洁剂、飞溅的汽油、涂料等的腐蚀,因此可提供优越的密封性能。
● 反射镜密封垫
用制作的反射镜密封垫具有卓越的紫外线稳定性和良好的压缩形变,能有效减少风隙噪声,密封性能优越。
3.引擎盖下的应用
在要求苛刻的引擎机舱内部及其周围密封应用方面,TPV已成为首选的高性能产品。TPV具有卓越的密封性、耐久性、阻燃性、流体阻力以及高零件结合强度、有利于加工和可循环利用的优点,能够抵抗油料和润滑剂等的腐蚀和渗透,抗振动,可持续在高温环境下(最高温度达135℃)工作。TPV 还允许合并零部件,不需要金属紧固件和其他连接器,在系统组件中无须使用夹钳,从而可降低系统成本和零件重量。此外,高品质设计、完全硫化的TPV 能为诸如洁净空气导管组件、管路和连接器的进气系统提供优异的流动效率。
● 进气口
与同类热固性塑料注模成型的空气导管相比,挤压式吹塑成型的洁净空气导管更薄、更轻。通过将“按顺序进行的挤压式吹塑成型零件——硬件(聚丙烯)和软件(TPV)”结合到一起,可获得更少的系统组件,从而减少了系统的重量,并节约了成本。由聚丙烯制成的谐振器和其他降噪设备可以直接采用TPV 进行焊接,不需要使用夹钳就能提供非常好的防漏连接性能。洁净空气导管可以采用 TPV 注塑制成,从而为那些不能采用吹塑成型的几何零件提供了一种新的加工途径。
● 管道系统
用柔性的TPV制作引擎盖下的管道系统时不需要使用夹钳,从而避免了可能的渗漏途径。另外,重量轻和更快捷的循环周期也降低了系统成本。
● 转向器齿轮、齿条护套
TPV是各种类型的支架和齿轮托架的首选材料,其所具有的牢固性和低成本效益为这类产品提供了注射式吹塑成型、挤压式吹塑成型以及连续的真空波纹成型等多种成型选择。
● 螺旋杆表面
由于 TPV可以完全着色,因此,挤压成型的螺旋杆套所具有的亮黄色及其粗糙的表面可以有效地散发掉引擎的热量,并且触觉更加舒适。
● 散热器挡风板
TPV 可以和聚丙烯及其他材料一起用于制作散热器和空气偏导器,能密封、捕获并引导空气,可抗散热器冷却液的腐蚀,具有卓越的密封性和耐久性。
4.底盘应用
通常,用于底盘的零部件要求在具有卓越密封性的同时,还应该具有良好的化学和物理性能,能经受极端温度的考验。可循环使用的TPV 能减轻零部件的重量,提高零部件的性能,从而使零部件在遭受来自气候、油、路盐、残片和暴露于砂砾环境中的其他恶劣因素的侵袭情况下,提供良好的防护。
● 插头、保险杠和绝缘垫圈
采用TPV制成的插头、保险杠和绝缘垫圈耐高温、耐老化性能优良,能够提供长时间的密封。
● 控制线套和刹车线套
TPV具有耐腐蚀和碰撞保护、卓越的弹性和阻尼特性,以及耐高温的性能(最高达135℃)。同时为刹车线套和控制线套的制造提供了更简易的加工工艺。
● 车底隔音板密封件
TPV 所具有的低压压缩形变和固有的阻尼特性为车底隔音板密封件提供了可靠、耐久的密封性,减少了车底隔音板在使用中的噪声。
● 挡风玻璃刮水器马达盖
在-40℃~+90℃的温度范围内,TPV 可提供卓越的长时间密封特性,成为制造挡风玻璃刮水器马达盖的理想材料。该密封被直接注射到盖中,避免了额外的安装时间,降低了安装成本。
● 驱动系统
TPV 可为注模三叶形密封提供快速的加工周期,并使这些抗油脂密封具有卓越的长时间完整性。
● 油管软管
TPV 具有耐磨损、阻燃和耐高温的特性,可满足严格的阻燃标准。由TPV层、Nylon 12 内层和外层三层构成的混合挤压油路软管避免了多个加工步骤,节约了加工时间和成本。
● 悬架防尘罩
TPV 具有良好的耐久性、抗挠曲疲劳和抗化学性,如果采用挤压式吹塑成型和连续真空波纹工艺,可以低成本地制造出悬架防尘罩。
5.耐候密封应用
可循环利用的 TPV 可提供简单的热塑性处理过程和更快速的加工周期,可以减少或消除昂贵的二次或完成工序,废品率极低。
● 车窗边角注塑和端盖
TPV 可与EPDM或其它TPV 粘合,与传统的EPDM相比,它具有良好的粘合性和复设计。由于循环周期的减少,以及避免了清理焊缝的操作,因而减少了零部件成本。
● 二元成型密封
在诸如填缝剂和通风孔密封的二元应用产品中, TPV已得到了商业应用。当TPV 在聚丙烯上注模时,可实现卓越的密封性、噪音抑制、多功能的设计选项和整合、较轻的重量、卓越的性能和低系统成本。
● 行李箱 / 后挡板密封
使用具有专利权的水发泡技术,采用TPV 制造的后挡板密封大大提高了零部件的耐久性。由专业海绵状TPV、金属载体和固体 TPV 组成的单步共挤工艺可显著减轻该零部件的重量,提高零部件生产的再循环速度。
● 内水切和外水切
采用作为载体的工程用聚丙烯尾部和由 TPV 制成的密封唇共挤而成的内水切和外水切,可以通过内嵌植绒、植绒带和共挤滑爽涂层而获得低摩擦系数的密封。
● 切割线密封
在切割线密封尾部采用带有硬聚丙烯的共挤成型 TPV,使系统的设计更灵活,并降低了系统的成本。
● 自动挤压成型
将采用 TPV制作的轮廓用于使用自动挤压成型系统的玻璃模块边缘,再用专门的粘合系统牢固粘合后,全部窗户可被直接运往OEM 装配线进行安装。
● 通风孔密封
具有卓越的密封性、紫外线稳定性、良好的耐候能力和高流动性的TPV 材料可以通过多次注塑成型,生产出具有复杂形状的通风孔密封产品。
● 玻璃密封
采用注模处理工艺, 可将 TPV 高流动性系列应用于边窗玻璃模块的边缘。通过特殊的粘合系统粘合,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。
● 玻璃窗导槽
采用具有低摩擦滑爽涂层系列的TPV 紫外线系列,利用共挤成型技术而制成的玻璃窗导槽重量轻,具有良好的弹性和系统完整性。
目前,大众等主机厂已经开始使用TPV材料来替代传统的EPDM材料来设计车窗密封条以及内外压条。
TPV材料的密封条和EPDM材料相比主要具有以下优势与不足:
1、由于材料的特殊性,挤出产品时无需很长的硫化箱,节省电能、减少操作人员;同时TPV材料在挤出时可以通过黏贴植绒胶带或共挤滑层来取代传统的静电植绒,大大的提高了产品的合格率,同时产品外观更美观,摩擦系数更小。材料100%可以回收利用,更加环保。
2、产品在接角成型时注塑时间短,无需很长的硫化时间,与EPDM相比提高了生产效率,同时接角外观更美观。
3、TPV材料的缺点是挤出工厂中易变性,但可以通过在水冷时整形以保证其截面形状、尺寸;其次是表面较EPDM容易划伤,在生产过程中要注意保护。
以我们公司的一款通用四角窗为例,原来使用EPDM为原材料,在生产过程中出现飞边多,工人在修边过程中非常容易吃肉(注:指在修边过程中修剪过量导致产品缺料),而产品为外观件,很容易造成外观不整齐,因而废品率较高,自从使用TPV替代后,重量降低27%,人工成本降低30%,制造成本降低14.7%,产品在市场上更有竞争力。目前使用TPV的优势明显:例如工序的简化,合格率的增加,生产效率的提高,生产后的不合格品、料头等剩余品都可回收再次利用,并且注塑模具的使用寿命更长,模具模腔氮化处理后,表面磨损非常小,基本都在20万模以上,模具的维修保养也很方便。通过上面实例可以看出我们的TPV材料能将硫化橡胶的性能特性(如弹性和低压缩变形)与热塑性塑料的易于加工的特点成功结合起来,获得更快的成型循环周期和更低的单位成本。
据《亚洲塑料橡胶》杂志报道,在未来五年内汽车耐候零配件将全部采用TPV生产,由此可见,TPV对汽车行业将有重大的推动作用。随着人们生活质量的不断提高、环保意识的逐步增强,TPV材料在汽车及其他发展领域的应用将得到长足的发展,它具有的可回收利用特性能节约更多的石油资源,而这一优点较其他材料将有很大的优势。