近年来TPE是发展较快的一种新型高分子材料,它在世界范围内耗用量的增长速度远远高于通用橡胶品种。其原因是TPE兼有塑料和橡胶特性,可省去传统硫化橡胶加工时所需的复杂硫化设备。因此,具有省资源、省能源及生产效率高的特点。加工废料可以回收利用,有利于环境保护。因此各国都对TPE的开发与应用予以高度重视。90年代国外汽车上TPE用量增长较快,每辆车用量约10KG,占汽车用橡胶零件的10％。
TPE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。
汽车中常用TPE品种及主要应用:
汽车上常用的TPE品种:烯烃类(TPO)苯乙烯类(SBC)聚酯类(TPEE)聚氨酯类(TPU)。其主要用途:汽车保险杠、内饰表皮材料、门窗密封条、挡泥板等
SBS用于改性塑料及沥青、SIS用于胶粘剂等速万向节护套、手制动滚轮具有优良的耐磨性和耐弯曲疲劳性,可用于连接轴套、密封环及垫片等
目前在汽车制造业中使用最活跃的TPE是TPO,特别是在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,由于其突出的机械性能、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用于制造保险杠和作为内饰表皮材料。
烯烃类TPE作为汽车内饰表皮材料备受重视的原因是:①材料的密度小,一般为0.9G/CM3,较之常用的ABS/PVC轻量化22％~28％;②它不含增塑剂、不含氯元素、无污染,对窗玻璃的模糊度小;③耐热性优于ABS/PVC,使用温度可达130℃;④可以回收再利用,有利于资源的循环。近期已开发出能够真空成型的TPO片材,适用于仪表板的制造
SBC类TPE与其他类TPE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。
TPEE在汽车上的主要用途如下:
①等速万向节护套:过去是用氯丁橡胶制造,由于其耐曲挠疲劳性较差,加上在高湿环境中使用时经常发生破裂,更换新的护套很费力,浪费又大。改用TPEE后,材料的强度和耐久性均称满意,在整个汽车寿命时段内可以不必更换新的护套。由于TPEE可以吹塑成型,生产效率大大提高,产品重量也比原来橡胶制造的轻。
②其他:转向齿条护罩、悬挂护罩、变速箱操纵杆防尘罩等都可以用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TPEE材料以注射成型法制造,线束和电缆护套可以用TPEE以挤出成型法制造。
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)具有高强度、高耐磨、高弹性、耐老化、耐油脂等特点,在汽车零部件中的应用十分广泛,如换档拉杆手柄、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、悬挂联结铰链、液压气动悬挂隔膜、减震隔膜、弹簧限位块等。
TPU有聚酯型和聚醚型两大类,一般说来,在耐磨性、耐热性、动态负载能力、抗紫外线性等方面,聚酯型优于聚醚型,但耐水性、抗生物性聚酯型不及聚醚型。碳酸酯型的抗微生物性能特优。
TPE今后的发展
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。
以TPE取代某些传统的橡胶、塑料材料是符合当前汽车工业对控制噪声、降低震动、轻量化、环保以及资源再生等一系列要求的。TPE作为一种后PVC材料(POST-PVC)将会在各个方面逐步取代柔性PVC,有文献报道称,2011年将有58％PVC会被TPE所取代,在汽车工业中也不例外。
预测 TPE今后的改进方向是:研发用茂金属催化剂合成新的TPE材料;通过电子射线、放射线等后交联技术提高TPE制品的性能;开发异种材料之间的复合成型技术,进一步完善水发泡成型技术;深入研究TPE材料与各种高分子材料的共混合金技术,包括各种增容技术和IPN、SEMI-IPN技术,为新材料的开发提供更广阔的天地;研讨TPE的配方技术;TPE纳米复合材料的研发;TPE材料的进一步有效回收和利用。
