热塑性弹性体在汽车中的应用

国内外汽车用热塑性弹性体材料的发展现状

梁小波

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院工艺工程室，广东广州510640)

摘要：综述了国内外汽车用热塑性弹性体材料的发展现状。包括TPO在保险杠、仪表盘等的应用；TPV在门窗密封条、窗玻璃槽角件等的应用；TPEE在等速万向节护套、各种护罩等的应用；TPU在减震垫、各种轴套等的应用；TPS材料在胶管、密封垫等的应用。为了响应汽车环保、轻量化的发展趋势,我国应创造条件，使汽车用热塑性弹性体材料向高性能化、专用化和本土化方向发展。

热塑性弹性体(TPE)种类繁多，目前在汽车上正得到普遍应用。TPE材料加工性类似热塑性塑料，生产效益很大，而实际应用中的作用又酷似橡胶。TPE材料不仅可以降低系统成本，减小部件质量，提高部件性能，提高回收利用率，还可以改善汽车外观。20世纪90年代，TPE在国外汽车上的用量增长很快，一些原来用三元乙丙橡胶(EPDM)制造的橡胶部件改用TPE制造。TPE具有与EPDM类似的性能和塑料的优良加工性能，可以重复回收利用，同时还解决了EPDM撕裂强度低的问题，而且密度小于EPDM,正适合于目前汽车工业提出的轻量化目标。

目前汽车上常用的热塑性弹性体主要分为四大类，分别是聚烯烃类TPE(TPO和TPV)、聚酯类TPE(TPEE)、聚氨酯类TPE(TPU)和苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)。TPO主要用在汽车保险杠、内饰表皮材料、门窗密封条、档泥板、转向齿轮箱护套、燃油管等；TPV主要用在高级乘用车的保险扣、角型防冲档、风档、空气阻流片及各种送风、输水胶管、门窗防水密封条、油封、垫片等；TPEE主要用在等速万向节护套、手制动滚轮上、安全带部件、门闩、控制系统防护罩、齿轮和齿条护罩、支撑装置护罩、球形结合用的衬套和灰尘防护罩等；TPU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；TPS主要用于汽车胶管、密封垫和胶黏剂上。

文章综述了国内外汽车用热塑性弹性体材料的发展现状，包括TPO、TPV、TPEE、TPU

和TPS材料在汽车上的应用。

1TPO在汽车上的应用

TPO是物理掺混型的聚烯烃类热塑性弹性体，由聚烯烃(常用聚丙烯)和未硫化或轻度硫化的聚烯烃弹性体(三元乙丙橡胶)机械掺混或动态部分(全)硫化掺混而成，其耐极性流体性能优良，但耐非极性烃和卤化碳流体性能差，在高温下性能保持性差。

接着又开发出完全交联的动态硫化TPO。由于其突出的物理性能，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制造保险杠和作为内饰表面材料。美国孟山都公司首先开发并工业化生产的TPO，目前广泛用于制造汽车保险杠和仪表盘。国内由北京化工研究院等单位研制的TPO已工业化生产并用于汽车工业。

2TPV在汽车上的应用

TPV是动态硫化型的聚烯烃类热塑性弹性体，由两种或两种以上能产生协同效应的聚合物在动态全硫化共混或熔融共混中借官能团作用产生交联而制成。其兼有各组分聚合物的优良性能，耐流体性能、耐压缩永久变形和耐屈挠疲劳性能优异，在高温下性能保持性一般良好。

美国Monsanto公司用动态硫化法制得的Santoprene得到广泛地应用。该胶拉伸强度可达26.9MPa，扯断伸长率600%，抗撕强度1.12KN/m，缺点是拉伸永久变形较高。Santoprene制品的工作温度范围为-40～+150℃。该胶用于新式汽车的悬挂装置中，预计可用于制造增强管材，折囊和玻璃密封制品等。据报道，用Santoprene做汽车后档板档风密封材料的成本比用橡胶低5%～10%，而且还有提高材料回收利用率和耐久性等好处。

对于汽车来说，人们首先注重的是外观，即汽车的结构和外饰。汽车原装设备厂商不断寻求改善汽车外观的途径，最新趋势是提高外部部件的协调性，车身密封条和玻璃封装领域尤其如此。在这一领域，通常采用不同的材料相结合。为了提高外观协调性，AES公司特别开发了汽车级新型SantopreneTPV产品。Santoprene新品能与TPE

体系、EPDM型材粘合。该产品主要用于要求摩擦系数较低的窗玻璃槽角件注塑，具有良好的粘合强度和抗压缩变形性能，能确保优良的密封，具有优良的熔体流动特性，能形成光洁平滑的外观，有助于提高汽车外观协调性。采用该产品，不需要像普通工艺一样对边角模塑件进行二次涂层，这样可降低系统装配成本。该产品包括邵氏A型硬度70度和80度两个品种，还可用于生产端盖和专用固定件。AES推出的另一种新品级产品，可确保与不同热塑性材料或橡胶材料制成的汽车部件外观协调一致。通过切削处理，可调整部件外观，形成光洁、光亮或无光外观。用于模塑密封条领域时，该产品便于注塑，尤其适用于复杂几何形状的部件；密封性能优良；具有高流动特征，能形成光亮的表面；弹性回复性优良；可最大限度降低部件翘曲；粘合力强。除了提高汽车外部部件外观协调性之外，该类粘合注塑级产品还具有TPV的常见优点，例如：密度小，可减小部件质量，耐老化性能优良，能延长部件寿命，压缩变形小，以及适用温度范围广等。

为了降低成本和保持美观，国内外厂商开始使用TPV材料制造汽车门窗密封条。TPV 材料具有着色和再生利用方便的特点。高分子量的TPV耐摩性好、摩擦系数小，可作为汽车玻璃导槽密封条的挤出用料，也可作为汽车橡胶密封条的无毛边的接角材料。

水发泡海绵状TPV在国外已研制成功，已在汽车橡胶密封条上得到了应用。这是今后取代海绵橡胶制作汽车密封条的新材料趋势。另外，由于TPV着色工艺简单方便，它已经常作为汽车橡胶密封条的外装饰层材料。它可在复合机头和口模处共挤包覆，也可在橡胶密封条硫化后，一边挤出TPV薄膜，一边在高温下与密封条包覆。用前一种方法时，因TPV与橡胶的挤出温度区别很大，挤出线复合机头需有多处控温又互不干扰的复杂结构；而此时为抗衡橡胶密封条在微波和热空气硫化槽中的硫化温度，使TPE材料性能不变，需采用特殊的耐高温的TPE材料。

TPV材料具有明显优越性能，但与EPDM橡胶相比，价格昂贵，影响了其大范围的推广应用。

3TPEE在汽车上的应用

TPEE在汽车上主要用于等速万向节护套，过去该护套用CR制造，由于其耐屈挠疲劳性较差，加上在高温环境中使用，经常发生破裂，更换新的护套很费力，浪费又大。随