В автомобильной промышленности используется широкий спектр термопластичных эластомеров (ТПЭ), наиболее известными из которых являются термопластичный олефин (ТПО), термопластичный вулканизат (ТПВ), термопластичный полиэфирный эластомер (ТПЭЭ), термопластичный полиуретан (ТПУ) и термопластичный стирольный эластомер (ТПЭ). ТПС). Материалы ТПЭ обрабатываются аналогично термопластам, что дает значительные производственные преимущества, а их применение в практическом использовании напоминает применение резины. Материалы TPE не только снижают затраты на систему, уменьшают вес компонентов, улучшают характеристики деталей и улучшают возможность вторичной переработки, но также улучшают внешний вид автомобиля. В 1990-х годах использование ТПЭ в иностранных автомобилях быстро росло: некоторые резиновые детали, ранее изготовленные из этиленпропилендиенового мономера (ЭПДМ), были заменены на ТПЭ.
Основное применение ТПЭ в автомобилях — уплотнительные ленты, поскольку они обладают такими же характеристиками, как и EPDM, лучшей стойкостью к разрыву и легче по весу, что соответствует текущей цели автомобильной промышленности по снижению веса. Кроме того, ТПЭ широко используется в автомобильных шлангах и других деталях. Сообщается, что корпорация Mitsubishi в Японии использовала SANTOPRENE для уплотнения заднего лобового стекла автомобильных бамперов, что не только снизило затраты на 5%–10% по сравнению с резиной, но также улучшило возможность вторичной переработки и долговечность материала. С быстрым развитием мировой автомобильной промышленности производство и потребление автомобилей резко возросло, что привело к тому, что каждый год огромное количество автомобилей утилизируется. В результате такие страны, как страны Европы и Америки, начали принимать правила, обязывающие производителей автомобилей использовать перерабатываемые материалы, что вызывает тенденцию к ТПЭ-изации автомобильных резиновых компонентов.
В настоящее время широко используемые термопластичные эластомеры в автомобилях в основном делятся на четыре категории: ТПЭ на основе полиолефина (ТПО и ТПВ), ТПЭ на основе полиэфира (ТПЭЭ), ТПЭ на основе полиуретана (ТПУ) и термопластичные эластомеры на основе стирола (ТПС). ). ТПО в основном используется в автомобильных бамперах, материалах внутренней отделки салона, уплотнителях дверей и окон, брызговиках, крышках рулевого механизма, топливопроводах и т. д.; TPV в основном используется в легковых автомобилях высокого класса для застежек-пряжек, угловых противоударных профилей, ветровых стекол, воздушных заслонок и различных воздушных и водяных шлангов, водонепроницаемых уплотнений дверей и окон, сальников, прокладок и т. д.; ТПЭЭ используется в чехлах ШРУСов, роликах ручного тормоза, компонентах ремней безопасности, дверных защелках, защитных чехлах систем управления, чехлах редукторов и стоек, чехлах опорных устройств, втулках сферических шарниров, пылезащитных чехлах. ТПУ, известный своей превосходной износостойкостью и сопротивлением усталости при изгибе, используется для соединения втулок вала, уплотнительных колец и прокладок. TPS в основном используется для автомобильных шлангов, уплотнительных прокладок и клеев.
1. Применение термопластичных эластомеров ТПО в автомобилях.
ТПО представляет собой физически смешанный термопластичный эластомер на основе полиолефина, состоящий из полиолефинов (обычно полипропилена) и невулканизированных или слегка вулканизированных полиолефиновых эластомеров (мономерный каучук этилен-пропилен-диена) посредством механического смешивания или динамического частичного (полного) вулканизационного смешения. Он демонстрирует превосходную устойчивость к полярным жидкостям, но плохую устойчивость к неполярным углеводородам и жидкостям с галогенированным углеродом, а сохранение его характеристик при высоких температурах не является идеальным.
ТПО в настоящее время является наиболее активно используемым ТПЭ в автомобилестроении, особенно с момента появления динамически вулканизированного ТПО в 1980-х годах, за которым последовала разработка полностью сшитого динамически вулканизированного ТПО. Благодаря выдающимся физическим свойствам, определенной степени маслостойкости и отличной стойкости к старению, его применение становится все более ценным. В настоящее время ТПО в автомобилях чаще всего используется при производстве бамперов и в качестве материалов для внутренней поверхности. Компания «Монсанто» в США первой разработала и освоила производство ТПО, который сейчас широко используется при производстве автомобильных бамперов и приборных панелей. В Китае ТПО, разработанный такими учреждениями, как Пекинский научно-исследовательский институт химической промышленности, был промышленно внедрен и применен в автомобильной промышленности.
2. Применение термопластичных эластомеров TPV в автомобилях.
TPV представляет собой динамически вулканизированный термопластичный олефиновый эластомер, получаемый путем сшивания двух или более полимеров, которые проявляют синергетический эффект за счет динамической полной вулканизации или смешивания в расплаве, чему способствуют функциональные группы. Он сочетает в себе превосходные свойства каждого компонента полимера, такие как устойчивость к жидкостям, устойчивость к сжатию и усталостная устойчивость при изгибе. Как правило, он сохраняет хорошие характеристики при высоких температурах. Широкое применение получил сантопрен, разработанный компанией Monsanto в США с использованием метода динамической вулканизации. Эта резина имеет прочность на разрыв до 26,9 МПа, удлинение при разрыве 600% и прочность на разрыв 1,12 кН/м, однако у нее есть недостаток - высокая остаточная деформация при растяжении. Изделия из сантопрена могут работать в диапазоне температур от -40 до +150°С. Этот материал используется в системах подвески современных автомобилей и, как ожидается, будет использоваться, среди прочего, в производстве армированных трубок, складных сильфонов и изделий для герметизации стекол.
Чтобы снизить затраты и сохранить эстетику, производители как внутри страны, так и за рубежом начали использовать материалы TPV для производства автомобильных дверных и оконных уплотнителей. ТПВ удобен для окраски и переработки. Высокомолекулярный ТПВ обладает хорошей стойкостью к истиранию и низким коэффициентом трения, что делает его пригодным в качестве экструзионного материала для автомобильных уплотнителей стекол, а также в качестве углового материала без заусенцев для автомобильных резиновых уплотнителей.
Губкообразный ТПВ, выдуваемый водой, успешно разработан за рубежом и применяется для автомобильных резиновых уплотнений. Это представляет собой новую тенденцию в области материалов, которые в будущем заменят губчатую резину при производстве автомобильных уплотнений. Кроме того, из-за простоты и удобства процесса окраски TPV его часто используют в качестве материала внешнего декоративного слоя автомобильных резиновых уплотнителей. Ее можно подвергнуть совместной экструзии и нанести покрытие на фильерную головку и матрицу экструдера, или после вулканизации резинового уплотнения можно экструдировать ТПВ-пленку и наносить ее на уплотнение при высоких температурах. При использовании первого метода из-за значительной разницы температур экструзии между ТПВ и резиной головка экструзионной линии требует сложной конструкции с множеством точек контроля температуры, которые не мешают друг другу. В настоящее время для противодействия температуре вулканизации резиновых уплотнений в резервуарах для микроволновой и горячей вулканизации, а также для поддержания рабочих характеристик материалов ТПЭ необходимо использовать специальные термостойкие материалы ТПЭ. Материалы TPV имеют явно более высокие характеристики, но по сравнению с резиной EPDM их высокая стоимость влияет на их широкое применение и продвижение.
3. Применение термопластичных эластомеров ТПЭЭ в автомобилях.
TPEE (термопластичный полиэфирный эластомер) представляет собой блок-сополимер, содержащий твердые полиэфирные сегменты и мягкие полиэфирные сегменты. Мягкие сегменты полиэфира вместе с аморфным полиэфиром образуют аморфную фазу, тогда как частично кристаллические твердые сегменты полиэфира образуют кристаллические микродомены, которые действуют как точки физического сшивания. ТПЭЭ обладает эластичностью резины и прочностью инженерных пластиков; мягкие сегменты обеспечивают эластичность, делая его похожим на резину, а твердые сегменты обеспечивают технологичность, делая его похожим на пластик. По сравнению с резиной он обеспечивает лучшую производительность обработки и более длительный срок службы; по сравнению с конструкционными материалами он также обладает высокой прочностью, но лучшей гибкостью и динамическими механическими свойствами.
В автомобильной промышленности TPEE в основном используется для изготовления чехлов шарниров равных скоростей (ШРУС). Раньше эти ботинки изготавливались из CR (хлоропренового каучука), который имел низкую усталостную устойчивость при изгибе и часто трескался при использовании в условиях высоких температур, что делало замену трудоемкой и расточительной. С ростом требований к термостойкости TPEE начал использоваться в некоторых европейских, американских и японских автомобилях. Материалы TPEE отвечают требованиям по устойчивости к атмосферным воздействиям, маслостойкости и термостойкости, а также обеспечивают легкий вес. В других аспектах чехлы рулевой рейки, пыльники подвески и пылезащитные чехлы органов управления коробкой передач могут быть изготовлены с использованием ТПЭЭ методами выдувного формования; различные автомобильные соединительные втулки, шкивы ручного тормоза и пылезащитные кольца могут быть изготовлены из материалов ТПЭ с помощью литья под давлением, а жгуты проводов и оболочки кабелей могут быть изготовлены из ТПЭ с использованием методов экструзионного формования.
4. Применение термопластичных эластомеров ТПУ в автомобильной промышленности.
ТПУ (термопластичный полиуретан) известен своей высокой прочностью, высокой износостойкостью, высокой эластичностью, устойчивостью к старению и маслостойкостью. Он широко используется в автомобильных компонентах, таких как ручки тяг переключения передач, различные втулки и шайбы соединительных муфт, различные соединители жгутов проводов, спиральные втягивающиеся провода, оболочки кабелей, зубчатые ремни, защитные втулки и прокладки для рулевых тяг, шарниры подвески, гидравлические и пневматические компоненты, подвесные диафрагмы, амортизирующие диафрагмы, амортизаторы, пружинные ограничители и т. д. Используя высокую прочность и несущую способность полиуретановых эластомеров, компания Goodyear Tire & Rubber Company в США разработала второе поколение ТПУ, коммерчески известный как Estaloc. Этот продукт сохраняет характеристики ТПУ Estaloc первого поколения и включает в себя полые стеклянные микросферы в качестве наполнителя, что увеличивает глянцевитость более чем на 15%, что делает его пригодным для изготовления автомобильных боковых панелей и амортизирующих накладок. Многие гидравлические резиновые детали, используемые в транспортных средствах, изготовлены из материала ТПУ. Для изготовления защитных оболочек, уплотнителей дверей и окон, шлангов топливопроводов и облицовочных материалов японская компания Nippon Zeon рекомендует использовать полиэфирный термопластичный эластомер Elasta.
5. Применение термопластичных эластомеров TPS в автомобилях.
Термопластичные эластомеры на основе стирола (TPS) представляют собой три- или мульти-блок-сополимеры с сегментами полистирола в качестве твердых сегментов и полидиена в качестве мягких сегментов. TPS демонстрирует превосходную прочность на разрыв и эластичность, сохраняя определенную степень гибкости даже при очень низких температурах. Он обладает выдающимися электрическими свойствами и воздухопроницаемостью, но плохой термостойкостью и маслостойкостью.
ТПЭ типа стирольных блок-сополимеров (СБК) имеют ряд характеристик, отличающих их от других типов: твердость этих материалов может варьироваться от А30 по Шору до 70, что позволяет производить продукцию, по свойствам очень напоминающую резину; они обладают превосходной устойчивостью к низким температурам и совместимы со смолами и асфальтом, что делает их очень подходящими для модификации смол и асфальта; они обладают хорошей водо- и химической стойкостью, а с разработкой гидрогенизированных SEBS и SEPS их устойчивость к нагреванию и старению значительно улучшилась; они также обладают отличными адгезионными свойствами и высокой начальной схватываемостью. В результате они широко используются в качестве клеев и герметиков (таких как клейкие ленты и ленты термоплавкого клея) и модификаторов пластмасс (таких как ударопрочный полистирол HIPS, модифицированный полифениленоксид МПРО и т. д.), особенно в автомобильной промышленности. . ТПЭ на основе СЭБС в основном используется в автомобильной промышленности для систем герметизации автомобилей.
Хотя термопластичные эластомеры пока не могут полностью заменить традиционные вулканизированные резиновые материалы, в последние годы в их применении наблюдается значительный прогресс, особенно с развитием технологии динамической вулканизации, которая открыла широкие перспективы для их использования в автомобильной промышленности.