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汽車設計材料講解,熱塑性彈性體(TPE)及其在汽車上的應用

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2018-10-10 10:14:00

汽車設計材料講解,熱塑性彈性體(TPE)及其在汽車上的應用

熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers 縮寫代號為TPE)是一種在常溫下呈現為橡膠彈性,而在高溫時則可塑化成型的多功能、節能減排的高分子新材料。其兼有塑料和橡膠雙重特性,又可省去傳統硫化橡膠加工時所需的復雜硫化設備和高能耗加工過程。TPE兼具軟、硬、韌、彈和可塑性、可回收再利用性和優良物理、化學、環境適應性等綜合特性,詳見表1所示。

自上世紀七十年代以來,TPE已經被越來越多被廣泛應用于汽車、建筑、家用電器、電線、電纜、電子產品、食品包裝、醫療器材和等眾多領域。

目前,國外TPE已經進入高增長、迅速發展的成熟期,全球每年各品種TPE的需求量達到200萬噸以上。據不完全統計,在現行工業消費結構中:TPS約占42%;TPO占35%;TPU占8%;TPEE占5%和其他品種TPE占10%左右。

TPE在現代汽車上廣泛地使用 

自上世紀八十年代以來,熱塑性彈性體材料系列中TPO、TPV、TPU和TPEE等品種進入汽車工業以來,以其明顯的品質和性能優勢,大幅度替代各種傳統的熱固性橡膠和聚氯乙烯等材料。

熱塑性彈性體(TPE)是指在常溫下具有良好的硫化橡膠的性質(即彈性),在高溫下又具備熱塑性工程塑料的熔體流動性與重復使用性,可以塑化變形且仍保持其橡膠狀的彈性不變的高分子材料。它又可直接采用塑料的傳統加工手段,進行注塑成型、擠出成型、吹塑成型和壓延成型等較傳統硫化橡膠更為快速的加工方式制造成品。而且具有質量輕(密度低)、環保(可回收、燃燒無毒)、使用壽命長(可較傳統橡膠達5~10倍以上)、加工變化度大、制品總成本低等優點。 

近年來,國內隨著汽車工業迅猛的增長,TPE(以TPV、TPO和TPS為主)已經形成以汽車為中心的應用市場,形成保持年均15%~20%的高速增長勢頭。TPE被大量應用于汽車車身、內外飾、結構件和特種用途上(詳見表2所示),TPE市場份額不斷擴大。新世紀以來,我國TPE應用市場發展迅速,成為全球TPE需求增長最快的國家之一。

圖3所示汽車工業現行常用TPE作為車身附件的具體情況。

TPO,EPP復合片材結構特征 

自上世紀九十年代后期國外在中級、中高級乘用車上,早開始廣泛采用TPO,EPP復合片材吸塑成型新材料、新工藝。該項新材料、新技術的具體工藝特征是:將經改性的TPO擠出、壓延片材,輥壓或模壓表面紋理,PP發泡形成EPP片材,TPO與EPP兩片材熱燙形成復合片材,該復合片材應用陽模或者陰模真空吸塑工藝成型,后背貼合在已經注塑成型的骨架上,組合而成各種汽車中硬或中軟表面的內飾件。

 

新技術制造工藝流程 

TPO,EPP復合片材及吸塑成型簡易工藝流程見圖4所示:

新技術在汽車內飾中使用范圍 

TPO片材與TPO,EPP復合片材及吸塑成型新材料、新技術,在現代汽車的內飾件上得到廣泛的應用。主要用于:

1) 儀表板;

2) 副儀表板模塊;

3) 門護板;

4) 方向盤表皮;

5) A、B、C立柱;

6) 扶手;

7) 側圍板;

8) 其他。

 

工藝特征 

1)陽模吸塑成型工藝

陽模真空吸塑工藝是直接使用輥壓紋理的TPO片材或將熱燙后TPO,EPP復合片材,進行真空吸塑成型,屬于模具和設備投資和產成品單價都比較低廉的成型技術。但是,由于該技術工藝特征造成制品表面紋理不夠清晰、深刻,而且受造型分型和過渡圓角以及局部拉伸的影響,會造成過渡部分的紋理變形等疵品。

2) 陰模吸塑成型工藝

陰模真空吸塑工藝是采用兩面平整的TPO片材或未經過壓花的TPO,EPP復合片材,直接進入真空吸塑成型,然后在模腔內熱模壓紋理表面。陰模吸塑成型制品的外觀效果比陽模吸塑工藝制品良好,其邊角貼合好、紋理深刻而清晰。但是,熱模壓成型加工時間較長,其模具和設備投資和產成品單價都較高。

該兩種吸塑成型的簡圖及其各項因素比較,詳見表3所示。

特殊特性分析和比對 

TPO,EPP復合片材及其吸塑成型新材料、新技術,與第3節所述的各種汽車內飾件的制造工藝及其制品進行綜合比對,可以明顯的看出該新材料、新技術的優異特性,現從制造工藝和產成品特殊特性兩方面進行初步比較:

 

1)工藝方面的特殊特性:

> 設備投資、研發成本低;

> 生產效率高、價格低;

> 良好的表面品質; 

> 最小角 R1.5mm; 

> 生產效率高;

> 可全部回收利用;

> 優異的制造工藝性:可擠壓、壓延、陽模/陰模吸塑成型并軋制清晰紋理表面。

 

2)產品特殊特性:

> 優良的耐熱性;

> 合適的彈性、硬度、密度; 

> 優良的耐熱老化性; 

> 優異的耐低溫沖擊性; 

> 優異的耐光性;

> 優良的耐化學藥物性;

> 低霧度;

> 耐臭氧老化性;

> 良好的VOC效果;

> 密度低、重量輕,是較好的輕量化材料。

 

國內外使用狀況 

歐美汽車工業在上世紀九十年代起,早在中級、中高級乘用車上,開始采用TPO片材及吸塑成型新材料、新技術。本世紀起,隨著人們認識聚丙烯發泡(EPP)的質量輕、成本低、無毒性、導熱率小、比強度高、隔音、能吸收大量沖擊能量等良好的物理機械性能及100%可回收再利用性等優越特性,并且突破了結晶PP的發泡溫度范圍窄,發泡難度大的關鍵技術后,國外汽車包括日韓體系汽車加快了應用該新材料、新技術的步伐。

國內,該項新材料、新技術雖然起步較晚,但是已經看到新材料、新技術強勁的生命力,將會有力地推動我國開發中級、中高級轎車、SUV、MPV和各種乘用車的事業發展,迅速提升我國汽車外觀品質和綜合性能水平。

 

綜合技術經濟分析 

表4匯集了國內外現行中級、中高級乘用車具有中軟品質的內飾件,對其材料配置及其制造工藝進行綜合的技術經濟分析:

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