De auto-industrie maakt gebruik van een grote verscheidenheid aan thermoplastische elastomeren (TPE's), waarvan de meest prominente thermoplastische olefine (TPO), thermoplastisch vulcanisaat (TPV), thermoplastisch polyesterelastomeer (TPEE), thermoplastisch polyurethaan (TPU) en thermoplastisch styreenelastomeer (TPU) zijn. TPS). TPE-materialen worden op dezelfde manier verwerkt als thermoplastische kunststoffen, wat aanzienlijke productievoordelen oplevert, terwijl hun toepassingen in de praktijk lijken op die van rubber. TPE-materialen verlagen niet alleen de systeemkosten, verlagen het gewicht van de componenten, verbeteren de prestaties van de onderdelen en verbeteren de recycleerbaarheid, maar verbeteren ook het uiterlijk van het voertuig. In de jaren negentig groeide het gebruik van TPE in buitenlandse auto's snel, waarbij sommige rubberen onderdelen die voorheen waren gemaakt van ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM) werden vervangen door TPE.
De primaire toepassing van TPE in auto's is voor afdichtingsstrips, omdat deze vergelijkbare prestaties bieden als EPDM, een betere scheurweerstand hebben en lichter zijn in gewicht, wat aansluit bij het huidige doel van de auto-industrie om gewicht te verminderen. Bovendien wordt TPE veel gebruikt in autoslangen en andere onderdelen. Naar verluidt gebruikte Mitsubishi Corporation in Japan SANTOPRENE voor de afdichting van de achterruit van autobumpers, waardoor niet alleen de kosten met 5% tot 10% daalden in vergelijking met rubber, maar ook de recycleerbaarheid en duurzaamheid van het materiaal werd verbeterd. Met de snelle ontwikkeling van de mondiale auto-industrie zijn de productie en consumptie van auto’s enorm gestegen, wat ertoe heeft geleid dat jaarlijks een verbazingwekkend aantal voertuigen wordt gesloopt. Als gevolg hiervan zijn landen als die in Europa en Amerika begonnen regelgeving uit te vaardigen die autofabrikanten verplicht recycleerbare materialen te gebruiken, waardoor een trend in de richting van TPE-isering van rubberen auto-onderdelen is ontstaan.
Momenteel worden de algemeen gebruikte thermoplastische elastomeren in auto's hoofdzakelijk onderverdeeld in vier categorieën: op polyolefine gebaseerde TPE's (TPO en TPV), op polyester gebaseerde TPE's (TPEE), op polyurethaan gebaseerde TPE's (TPU) en op styreen gebaseerde thermoplastische elastomeren (TPS). ). TPO wordt voornamelijk gebruikt in autobumpers, oppervlaktematerialen voor interieurbekleding, deur- en raamafdichtingen, spatlappen, afdekkingen van stuurinrichtingen, brandstofleidingen, enz.; TPV wordt voornamelijk aangetroffen in hoogwaardige personenauto's voor gespsluitingen, hoekanti-impactprofielen, voorruiten, luchtdammen en diverse lucht- en waterslangen, waterdichte deur- en raamafdichtingen, oliekeerringen, pakkingen, enz.; TPEE wordt gebruikt in gewrichtslaarzen met constante snelheid, handremrollen, veiligheidsgordelcomponenten, deursluitingen, beschermhoezen voor het besturingssysteem, afdekkingen voor tandwielen en racks, afdekkingen voor steuninrichtingen, bussen voor bolvormige verbindingen en stofbeschermingshoezen. TPU, bekend om zijn uitstekende slijtvastheid en weerstand tegen buigvermoeidheid, wordt gebruikt voor het verbinden van asbussen, afdichtringen en pakkingen. TPS wordt voornamelijk gebruikt voor autoslangen, afdichtingspads en lijmen.
1. De toepassing van TPO-thermoplastische elastomeren in auto's
TPO is een fysisch gemengd thermoplastisch elastomeer op basis van polyolefine, bestaande uit polyolefinen (gewoonlijk polypropyleen) en niet-gevulkaniseerde of licht gevulkaniseerde polyolefine-elastomeren (ethyleen-propyleen-dieen-monomeerrubber) door mechanisch mengen of dynamisch gedeeltelijk (volledig) vulkaniseren. Het vertoont een uitstekende weerstand tegen polaire vloeistoffen, maar een slechte weerstand tegen niet-polaire koolwaterstoffen en gehalogeneerde koolstofvloeistoffen, en het prestatiebehoud bij hoge temperaturen is niet ideaal.
TPO is momenteel het meest actief gebruikte TPE in de automobielindustrie, vooral sinds de komst van dynamisch gevulkaniseerd TPO in de jaren tachtig, gevolgd door de ontwikkeling van volledig verknoopt dynamisch gevulkaniseerd TPO. Vanwege de uitstekende fysieke eigenschappen, een zekere mate van oliebestendigheid en uitstekende weerstand tegen veroudering worden de toepassingen ervan steeds meer gewaardeerd. Momenteel vindt het grootste gebruik van TPO in auto's plaats bij de vervaardiging van bumpers en als materiaal voor het interieur. Monsanto Company in de Verenigde Staten was de eerste die de productie van TPO ontwikkelde en industrialiseerde, dat nu op grote schaal wordt gebruikt bij de productie van autobumpers en dashboards. In China is TPO, ontwikkeld door instellingen als het Beijing Research Institute of Chemical Industry, geïndustrialiseerd en toegepast in de auto-industrie.
2. Toepassing van TPV-thermoplastische elastomeren in auto's
TPV is een dynamisch gevulkaniseerd thermoplastisch olefine-elastomeer, geproduceerd door het verknopen van twee of meer polymeren die een synergetisch effect vertonen door dynamische volledige vulkanisatie of smeltmenging, mogelijk gemaakt door functionele groepen. Het combineert de uitstekende eigenschappen van elk polymeercomponent, zoals weerstand tegen vloeistoffen, weerstand tegen compressie en vermoeiingsweerstand tegen buiging. Over het algemeen behoudt het goede prestaties bij hoge temperaturen. Santopreen, ontwikkeld door Monsanto Company in de Verenigde Staten met behulp van de dynamische vulkanisatiemethode, wordt op grote schaal toegepast. Dit rubber heeft een treksterkte tot 26,9 MPa, een rek bij breuk van 600% en een scheursterkte van 1,12 KN/m, hoewel het het nadeel heeft van een hoge permanente vervorming bij uitrekking. Santoprene-producten kunnen werken binnen een temperatuurbereik van -40 tot +150°C. Dit materiaal wordt gebruikt in de ophangsystemen van moderne auto's en zal naar verwachting onder meer worden gebruikt bij de vervaardiging van versterkte buizen, vouwbalgen en glasafdichtingsproducten.
Om de kosten te verlagen en de esthetiek te behouden, zijn fabrikanten zowel in eigen land als internationaal begonnen TPV-materialen te gebruiken voor de productie van deur- en raamafdichtingen voor auto's. TPV is handig voor kleuren en recyclen. TPV met een hoog molecuulgewicht heeft een goede slijtvastheid en een lage wrijvingscoëfficiënt, waardoor het geschikt is als extrusiemateriaal voor kanaalafdichtingen voor autoglas, maar ook als braamvrij hoekmateriaal voor rubberen afdichtingen voor auto's.
Watergeblazen sponsachtige TPV is met succes in het buitenland ontwikkeld en toegepast op rubberen afdichtingen voor auto's. Dit vertegenwoordigt een nieuwe trend in materialen die in de toekomst sponsrubber voor de productie van auto-afdichtingen zullen vervangen. Bovendien wordt het, vanwege de eenvoud en het gemak van TPV-kleurprocessen, vaak gebruikt als decoratief buitenlaagmateriaal voor rubberen afdichtingen voor auto's. Het kan worden gecoëxtrudeerd en gecoat bij de matrijskop en de matrijs van de extruder, of nadat de rubberen afdichting is gevulkaniseerd, kan een TPV-film worden geëxtrudeerd en bij hoge temperaturen op de afdichting worden gecoat. Bij gebruik van de eerstgenoemde methode vereist de matrijskop van de extrusielijn, vanwege het aanzienlijke verschil in extrusietemperaturen tussen TPV en rubber, een complexe structuur met meerdere temperatuurcontrolepunten die elkaar niet hinderen. Op dit moment moeten speciale, hittebestendige TPE-materialen worden gebruikt om de vulkanisatietemperatuur van rubberen afdichtingen in magnetron- en heteluchtvulkanisatietanks tegen te gaan en om de prestaties van TPE-materialen te behouden. TPV-materialen presteren duidelijk superieur, maar vergeleken met EPDM-rubber hebben de hoge kosten ervan invloed op de wijdverbreide toepassing en promotie ervan.
3. Toepassing van TPEE-thermoplastische elastomeren in auto's
TPEE (Thermoplastisch Polyester Elastomeer) is een blokcopolymeer dat harde segmenten van polyester en zachte polyethersegmenten bevat. De zachte polyethersegmenten vormen samen met de amorfe polyester een amorfe fase, terwijl de gedeeltelijk kristallijne harde polyestersegmenten kristallijne microdomeinen vormen die fungeren als fysieke verknopingspunten. TPEE bezit de elasticiteit van rubber en de sterkte van technische kunststoffen; de zachte segmenten zorgen voor elasticiteit, waardoor het rubberachtig wordt, en de harde segmenten zorgen voor verwerkbaarheid, waardoor het plasticachtig wordt. In vergelijking met rubber biedt het betere verwerkingsprestaties en een langere levensduur; vergeleken met technische materialen heeft het ook een hoge sterkte, maar met betere flexibiliteit en dynamische mechanische eigenschappen.
In de auto-industrie wordt TPEE voornamelijk gebruikt voor homokineethoezen met constante snelheid. Voorheen werden deze laarzen gemaakt van CR (Chloroprene Rubber), dat een slechte weerstand tegen buigvermoeidheid had en vaak barstte bij gebruik in omgevingen met hoge temperaturen, waardoor vervanging bewerkelijk en verspillend was. Nu de vraag naar hittebestendigheid toeneemt, wordt TPEE in sommige Europese, Amerikaanse en Japanse voertuigen gebruikt. TPEE-materialen voldoen aan de eisen voor weerbestendigheid, oliebestendigheid en hittebestendigheid, terwijl ze ook het doel van lichtgewichtheid bereiken. In andere aspecten kunnen stuurhuishoezen, ophanghoezen en stofkappen voor de versnellingsbakbediening allemaal worden vervaardigd met behulp van TPEE met blaasvormmethoden; Verschillende verbindingsmouwen voor auto's, handrempoelies en stofafdichtingsringen kunnen worden gemaakt van TPE-materialen met behulp van spuitgieten, en kabelbomen en kabelmantels kunnen worden geproduceerd met behulp van TPEE met extrusievormmethoden.
4. Toepassingen van TPU-thermoplastische elastomeren in de auto-industrie
TPU (Thermoplastisch Polyurethaan) staat bekend om zijn hoge sterkte, hoge slijtvastheid, hoge elasticiteit, verouderingsbestendigheid en oliebestendigheid. Het wordt veel gebruikt in auto-onderdelen, zoals in schakelstanghandgrepen, diverse koppelingshulzen en sluitringen, diverse kabelboomconnectoren, spiraalvormige intrekbare draden, kabelmantels, tandwielriemen, beschermhulzen en pakkingen voor stuurstangen, scharnieren van ophangverbindingen, hydraulische en pneumatische componenten, ophangingsmembranen, schokabsorptiemembranen, schokdempers, veerbegrenzers, enz. Door gebruik te maken van de hoge sterkte en het hoge draagvermogen van polyurethaanelastomeren heeft de Goodyear Tire & Rubber Company in de Verenigde Staten de tweede generatie ontwikkeld TPU, commercieel bekend als Estaloc. Dit product behoudt de kenmerken van de eerste generatie TPU Estaloc en bevat holle glazen microbolletjes als vulmiddel, waardoor de glans met meer dan 15% toeneemt, waardoor het geschikt is voor de productie van zijpanelen voor auto's en schokabsorberende pads. Veel hydraulische rubberen onderdelen die in voertuigen worden gebruikt, zijn gemaakt van TPU-materiaal. Voor beschermende omhulsels, deur- en raamafdichtingen, brandstofslangen en voeringmaterialen raadt het Japanse bedrijf Nippon Zeon aan om voor de productie het polyester thermoplastische elastomeer Elasta te gebruiken.
5. Toepassing van TPS-thermoplastische elastomeren in auto's
Op styreen gebaseerde thermoplastische elastomeren (TPS) zijn triblok- of multiblokcopolymeren met polystyreensegmenten als harde segmenten en polydieen als zachte segmenten. TPS vertoont een uitstekende treksterkte en elasticiteit, waardoor zelfs bij zeer lage temperaturen een zekere mate van flexibiliteit behouden blijft. Het heeft uitstekende elektrische eigenschappen en ademend vermogen, maar een slechte hittebestendigheid en oliebestendigheid.
TPE's van het type styreenblokcopolymeer (SBC) hebben verschillende kenmerken die ze onderscheiden van andere typen: de hardheid van deze materialen kan variëren van Shore A30 tot 70, waardoor de productie van producten mogelijk is die qua eigenschappen sterk op rubber lijken; ze hebben een uitstekende weerstand bij lage temperaturen en zijn compatibel met harsen en asfalt, waardoor ze zeer geschikt zijn voor modificatie van harsen en asfalt; ze hebben een goede water- en chemische bestendigheid, en met de ontwikkeling van gehydrogeneerde SEBS en SEPS is hun hitte- en verouderingsbestendigheid aanzienlijk verbeterd; ze hebben ook uitstekende hechtingseigenschappen met een hoge initiële kleefkracht. Als gevolg hiervan worden ze op grote schaal gebruikt als lijm- en afdichtingsmiddelen (zoals plakband en hotmelt-kleefstrips) en kunststofmodificatoren (zoals slagvast polystyreen HIPS, gemodificeerd polyfenyleenoxide MPPO, enz.), vooral in de auto-industrie. . TPE op basis van SEBS wordt vooral in de auto-industrie gebruikt voor auto-afdichtingssystemen.
Hoewel thermoplastische elastomeren de traditionele gevulkaniseerde rubbermaterialen nog niet volledig kunnen vervangen, heeft de toepassing ervan de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt, vooral dankzij de ontwikkeling van dynamische vulkanisatietechnologie, die brede perspectieven heeft geopend voor hun gebruik in de auto-industrie.