熱塑性彈性體TP0-TPV在汽車安全氣囊系統(tǒng)中的應用及性能特征

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展 ,在謀求高質(zhì)量、高性能與獨特性的同時 ,汽車的安全性得到越來越高的關注 ,安全氣囊正成為新型汽車的一個標準特征。第一個汽車安全氣囊在 20世紀 70年代出現(xiàn)于美國的通用公司的汽車上 ,隨后 ,安全氣囊裝備的速度在世界范圍內(nèi)迅速增長。安全氣囊從開始只為駕駛員裝備的前排氣囊發(fā)展到現(xiàn)在的乘客前排氣囊、胸側安全氣囊、窗簾式安全氣囊、膝氣囊等。在北美洲 ,最新的豐田汽車最多共裝有 12個安全氣囊。由此可見 ,汽車的安全氣囊系統(tǒng)已進入一個全新的發(fā)展時期。

汽車安全氣囊系統(tǒng)除了傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等主要部件外 ,氣囊蓋

也是十分重要的一個部件。熱塑性彈性體是汽車安全氣囊蓋板的主要使用材料。用作安全氣囊蓋板的熱塑性彈性體主要有

聚烯烴共混型熱塑性彈性體 ( TPO、TPV ) 、

聚氨酯型熱塑性彈性體 ( TPU ) 、

聚酯型熱塑性彈性體 ( TPEE) 。

不同級別的車型 ,安全氣囊系統(tǒng)的配置是不同的。從低檔車的只配主駕氣囊到高檔車的多

個氣囊甚至十多個氣囊 ,每臺車氣囊蓋板材料的使用量差別很大。從目前市場來說 ,單臺車的標準配置 (駕駛員氣囊和附駕氣囊 )約需 600 g,至少需 200g。按國內(nèi)年產(chǎn) 600 萬輛車計算 ,僅這一項 ,每年需要該類材料 1 200  t～3 600 t。

　汽車安全氣囊蓋板材料種類及性能特征

目前 ,汽車安全氣囊蓋板一般采用熱塑性彈性體 ,主要有 TPV  ( TPO ) 、TPU

TPEE。三者由于分子組成及結構的差別 ,使之具有不同的性能。

1.  TPV ( TPO ) 、TPU、TPEE的結構特征

熱塑性彈性體的共同結構特征是必然含有分子間作用力足夠大的物理交聯(lián)段 (或在高

溫下能夠解離的化學鍵 ) 和自由旋轉能力較大的高彈性鏈 段 。物理交聯(lián)段起著分子間化學或物理的交聯(lián)作用和補強效應。材料兼具橡膠的彈性和塑料的可加工性[聚烯烴共混型熱塑性彈性體是一種動態(tài)硫化型的熱塑性彈性體( TPE) , 是橡膠[二元乙丙橡膠(EPM) 、三元乙丙橡膠( EPDM) 、丁腈橡膠(NBR)等]與聚烯烴樹脂(主要為PP和PE)共混,在共混過程中使橡膠與交聯(lián)劑產(chǎn)生化學交聯(lián)形成只有幾微米的橡膠粒子分散于聚烯烴連續(xù)相中。部分交聯(lián)的共混物稱為TPO,完全動態(tài)硫化時,橡膠粒子的凝膠量大于97% ,其動態(tài)硫化共混物稱為TPV。

TPU是一類由與異氰酸酯反應而生成的氨基甲酸酯硬段與聚酯或聚醚軟段相互嵌段結合的熱塑性橡膠。分子間的氫鍵交聯(lián)和偶極作用或高分子鏈間的輕度交聯(lián)是材料具有熱塑性能的主要原因。隨著溫度的升高或下降, TPU的上述兩種交聯(lián)形式具有可逆性。

TPEE是一類含有芳香族聚酯硬段(結晶相)和脂肪族聚酯或聚醚軟段(連續(xù)相)的嵌段共聚物,也稱聚酯橡膠。TPEE是線性嵌段共聚物,其強度產(chǎn)生于結晶相的聚酯嵌段,或稱“硬段”,分散于作為連續(xù)相的無定形軟段中。連續(xù)相由軟段和未能結晶的其它聚酯嵌段構成。整個彈性體是一個連續(xù)的無定形網(wǎng)絡和部分連續(xù)的晶態(tài)網(wǎng)絡結構疊加而成。當彈性體經(jīng)受外力時,應力首先通過連接分子傳至結晶相。當微晶受力而開始取向時,應力傳至共聚物網(wǎng)絡結構部分,最終彈性區(qū)域承擔全部應力,共聚物就像交聯(lián)彈性體那樣產(chǎn)生彈性應變

這三種彈性體的結構特征及約束模式歸納于表

1. 　TPV ( TPO) 、TPU、TPEE的性能特點[,對TPV (TPO) 、TPU、TPEE的主要性能進行比

較,可以看出三者之間的優(yōu)劣及各自的特點,結果見表

由表 可以看出 , TPV ( TPO ) 、TPU 的綜合性能明顯不如 TPEE。特別值得一提的是 , TPEE 的高低溫性能特別突出 ,有很好的耐熱性 ,在 110 ～140℃連續(xù)加熱 10 h 基本不失重; 低溫柔順性好 ,低溫沖擊強度高。在低應變條件下 , TPEE 的彈性模量比相同硬度的其它熱塑性彈性體高 ,具有優(yōu)異的耐疲勞性;壓縮彈性模量與拉伸彈性模量比 TPU 高得多 ,在室溫以上 , TPEE 彎曲彈性模量很高 , 而低溫時又不像 TPU 那樣過于堅硬; 耐酸堿性優(yōu)于 TPV( TPO ) ; 就彈性而言 , TPEE 的彈性高于 TPU 約20%。而 TPEE最大的問題是柔軟性不足 ,耐熱水性差 ,價格較高。

國內(nèi)市場中低檔車型的汽車安全氣囊蓋板主要采用 TPO、TPV 和 TPU。TPEE由于性優(yōu)價高而主要在中高檔車型上使用。國內(nèi) TPEE 的工業(yè)規(guī)模很小 ,且停留在中低檔產(chǎn)品的水平上。像汽車部件這種高性能要求的應用領域幾乎都采用國外品牌的產(chǎn)品。而國外產(chǎn)品的高價使得一些中低檔汽車只能采用性能一般的其它產(chǎn)品替代。隨著我國近年來汽車工業(yè)爆炸式增長、安全環(huán)保意識的日益加強、成本競爭壓力的日益加大,汽車零部件廠家對低價位高品質(zhì)TPV的需求發(fā)出了強烈的信號,。因此,“十一五”期間規(guī)?；亻_發(fā)價格合理、性能優(yōu)異的TPV系列產(chǎn)品,.

　寶瑞龍熱塑性彈性體TPV-TPO顆粒在汽車安全氣囊蓋的應用例子
    目前,較高檔次轎車的安全氣囊蓋采用聚酯類熱塑性彈性體(TPEE)材料,但由于TPEE材料價格居高不下,許多汽車配套廠商極力尋找一些替代產(chǎn)品, TPV材料經(jīng)過改性,可在一定程度上替代TPEE材料生安全氣囊蓋。這是因為TPV材料在- 40℃低溫下的懸臂梁沖擊強度可以達到NB(不斷),同時其維卡軟溫度可達

到115℃。

安全氣囊蓋有兩種材料可以使用。日系車一般使用TPV，歐系車都使用TPEE。TPV一般使用在90A左右硬度，在國產(chǎn)車中，德系車一般都使用55D硬度的TPEE。而美系車一般使用45－50D的硬度，理論上是40－55D都可以使用

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性能指標：

測試的標準： 

我公司研發(fā)的安全氣囊蓋TPV料已成功應用于一汽大眾、現(xiàn)化、神龍汽車行列。