《汽车材料及工艺技术体系非金属材料篇》之——热塑性弹性体

　　随着汽车行业的迅速发展，越来越多的前瞻性新技术、新材料得到广泛应用。车用非金属材料在践行绿色可持续发展，助力汽车轻量化、环保化及全产业链转型升级过程中发挥着关键作用。中国汽车材料网对其进行归纳整理分类如下图，车用非金属材料包含塑料、橡胶、热塑性弹性体等几大类（分类不妥及信息不全之处，敬请指正）。随着“以塑代钢”轻量化思路的深度应用，介于橡胶和塑料之间的热塑性弹性体(TPE)的研发与应用也越来越成熟、越来越广泛。本节主要从以下几个方面介绍热塑性弹性体。

　　热塑性弹性体（thermoplastic Elastomer, TPE）,又称人造橡胶,具有类似于硫化橡胶的物理机械性能，如较高的弹性、类似于硫化橡胶的强力、形变特性等。在性能满足使用要求的条件下，热塑性弹性体可以代替一般硫化橡胶，制成各种具有实用价值的弹性体制品。另一方面，由于热塑性弹性体也具有类似于热塑性塑料的加工特性，因而不需要使用传统的橡胶硫化加工的设备，可以直接采用塑料加工工艺，如注射、挤出、吹塑等。从而设备投资少、工艺操作简单、成型速度快、周期短、生产效高。

　　此外，由于热塑性弹性体的弹性和塑性两种物理状态之间的相互转变取决于温度变化,而且是可逆的，因而在加工生产中的边角料、废次品以及用过的废旧制品等可以方便地重新加以利用。特别值得一提的是热塑性弹性体产品还具有环保、无毒、手感舒适、外观精美等特点。作为优异的橡胶弹性和良好的热塑性相结合产品，热塑性弹性体TPE材料不断取代传统橡胶和普通塑料而迅速发展。

　　烯烃类热塑性弹性体根据制备方式不同可分为TPO、TPV、POE三种，热塑性聚烯烃弹性体(TPO)是由软链段(大于20%)的橡胶和硬链段的聚烯烃构成的共混物。通常橡胶组分为三元乙丙橡胶（EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、丁基橡胶(IIR)及天然橡胶(NR);聚烯烃组分主要为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。

　　当前用得较多的是EPDM与PP的共混物，也称改性聚丙烯或改性聚乙烯。TPO硫化后的硫化弹性体称为TPV，是与TPO不可分割的、相辅相成的热塑性聚烯烃弹性体，是今后TPO主要的发展趋势。POE是采取茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体。

　　性能：聚烯烃热塑性弹性体是一种高性能聚烯烃产品，在常温下成橡胶弹性，具有密度小、弯曲大、低温抗冲击性能高、易加工、可重复使用等特点。

　　应用：聚烯烃热塑性弹性体的最大应用领域是汽车工业。主要用于制作垫板、方向盘、软管。在汽车外装件中，主要用于保险杠、散热器、底盘、车身外板、车轮护罩、活动车顶及其他保护胶条、挡风胶条等。在内饰件中，主要用于仪表板和内饰板蒙皮、安全气囊外皮层材料等。

　　苯乙烯类热塑性弹性体的结构S-D-S,S是苯乙烯或聚苯乙烯衍生物的硬段; D为聚二烯烃或氢化聚二烯烃的软段，主要由聚丁二烯，聚异戊二烯或氢化聚丁二烯烃。

　　性能：苯乙烯类热塑性弹性体室温下的性能与硫化橡胶相似，另外其弹性模量异常高，并且不随相对分子质量变化。苯乙烯类热塑性弹性体具有强度高、柔软、具有橡胶弹性、永久变形小的特点。

　　应用：在汽车主电路导线、设备导线、软绳索、增压器电缆和拖车电缆等方面也有竞争力。也可以用于汽车胶管如空调器软管。

　　聚氨酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶， 简称TPU，是一种(AB)n型嵌段线性聚合物，A为高分子量(1000-6000)的聚酯或聚醚，B为含2-12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结构是用二异氰酸酯，通常是MDI连接。

　　性能：热塑性聚氨酯具有优异的力学性能，根据其化学结构和硬度不同，拉伸强度从25-70MPa，具有优异的耐磨性、抗撕裂性和耐非极性溶剂性能使用温度大多在-40-80℃，短期使用温度可达120℃，聚酯型聚氨酯的拉伸和撕裂强度、耐磨性和耐非极性溶剂性优于聚醚型聚氨酯，而聚醚型聚氨酯具有更好的弹性、低温性能、热稳定性、耐水性和耐微生物降解性。

　　应用：汽车上的主要应用包括阻流板、装饰线条、水箱、车后灯罩、变速档把手、仪表板、前后挡泥板、门槛、耐磨板、特种电缆包覆层、车内蒙皮、保险杠和输油软管等。

　　聚酯类热塑性弹性体的硬段是由对苯二甲酸与1,4丁二醇缩合生成，软段是由对苯二甲酸和聚丁二醇醚缩合而成。

　　性能：聚酯热塑性弹性体的邵氏硬度(D)通常在40-60℃范围内，使用温度范围宽，抗冲击性能和弹性较好，耐磨、耐高温、耐油性，优异的耐弯曲疲劳性，不易蠕变，良好的耐极性有机溶液及烃类溶剂的能力，但不耐酸、碱，易水解。

　　应用：可制造汽车安全气囊外壳、结构简单质轻的小型充气轮胎、发动机进气管、密封圈、悬架护罩，变速箱操纵防尘罩、各种连接轴套等。

　　聚酰胺类型热塑性弹性体是最新发展起来的、性能最好的一类弹性体， 由高熔点结晶性硬段聚酰胺和软段聚酯或聚醚组成，硬段和软段之间以酰胺键连接。 TPAE种类很多，一般按构成硬段的聚酰胺类型不同分为PA6系、PA66系、PA2系等

　　性能：聚酰胺类型热塑性弹性体的邵氏硬度范围为A60-D65使用温度范围为-40-170℃具有-良好的耐油性能、耐磨性、耐老化性和抗撕裂性。耐磨性可与相同硬度的热塑性聚氨酯相媲美;当温度高于135℃时，其力学性能和化学稳定性可与硅橡胶和氟橡胶媲美。

　　随着汽车消费日益普及，消费者对汽车产品的安全、环保、美观等性能有了更高的要求。因此，汽车材料逐步向轻量化，环保化和高安全性的方向发展，材料的选择也趋向于多材料混合应用。同时，如异种材料连接、材料性能检测、失效分析等材料应用技术也随之不断创新和发展。

　　为适应汽车产品品质提升的需求，在汽车轻量化发展的大背景下，促进车用轻量化材料及工艺技术水平的提高，加快推进新材料新工艺的产业化应用，提升汽车产品的竞争力，中国汽车材料网此次有幸牵手中国一汽研发总院，共同举办《2018车用新材料新工艺系列巡展—— 新材料新工艺•一汽行》活动，与国内优秀的零部件企业共同探讨新技术、新机遇，与行业内优秀企业一起共同推动中国汽车行业的发展。

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