Ngành công nghiệp ô tô sử dụng nhiều loại chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo (TPE), trong đó nổi bật nhất là olefin nhựa nhiệt dẻo (TPO), chất lưu hóa nhựa nhiệt dẻo (TPV), chất đàn hồi polyester nhiệt dẻo (TPEE), polyurethane nhiệt dẻo (TPU) và chất đàn hồi styrenic nhựa nhiệt dẻo ( TPS). Vật liệu TPE được xử lý tương tự như nhựa nhiệt dẻo, mang lại lợi ích sản xuất đáng kể, trong khi ứng dụng của chúng giống với cao su trong sử dụng thực tế. Vật liệu TPE không chỉ giảm chi phí hệ thống, giảm trọng lượng linh kiện, nâng cao hiệu suất của bộ phận và cải thiện khả năng tái chế mà còn nâng cao hình thức bên ngoài của xe. Vào những năm 1990, việc sử dụng TPE trong ô tô nước ngoài đã phát triển nhanh chóng, với một số bộ phận cao su trước đây được làm từ monome ethylene propylene diene (EPDM) được thay thế bằng TPE.
Ứng dụng chính của TPE trong ô tô là làm dải bịt kín, vì chúng mang lại hiệu suất tương tự EPDM, khả năng chống rách tốt hơn và trọng lượng nhẹ hơn, phù hợp với mục tiêu giảm trọng lượng của ngành công nghiệp ô tô hiện tại. Ngoài ra, TPE còn được sử dụng rộng rãi trong ống ô tô và các bộ phận khác. Được biết, Tập đoàn Mitsubishi tại Nhật Bản đã sử dụng SANTOPRENE cho miếng đệm kính chắn gió phía sau của cản ô tô, điều này không chỉ giảm chi phí từ 5% xuống còn 10% so với cao su mà còn cải thiện khả năng tái chế và độ bền của vật liệu. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu, việc sản xuất và tiêu thụ ô tô tăng mạnh, dẫn đến số lượng xe bị thải loại mỗi năm là đáng kinh ngạc. Do đó, các quốc gia như Châu Âu và Châu Mỹ đã bắt đầu ban hành các quy định bắt buộc các nhà sản xuất ô tô phải sử dụng vật liệu có thể tái chế, do đó thúc đẩy xu hướng TPE hóa các bộ phận cao su ô tô.
Hiện nay, chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo được sử dụng phổ biến trong ô tô chủ yếu được chia thành bốn loại: TPE gốc polyolefin (TPO và TPV), TPE gốc polyester (TPEE), TPE gốc polyurethane (TPU) và chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo gốc styrenic (TPS). ). TPO chủ yếu được sử dụng trong cản xe ô tô, vật liệu bề mặt trang trí nội thất, đệm cửa và cửa sổ, tấm chắn bùn, vỏ hộp lái, đường dẫn nhiên liệu, v.v.; TPV chủ yếu được tìm thấy trong các xe ô tô chở khách cao cấp để làm dây buộc khóa, khung chống va đập ở góc, kính chắn gió, tấm chắn gió và các loại ống dẫn khí và nước, gioăng chống thấm cửa và cửa sổ, gioăng dầu, gioăng, v.v.; TPEE được sử dụng trong bốt khớp vận tốc không đổi, con lăn phanh tay, bộ phận dây an toàn, chốt cửa, vỏ bảo vệ hệ thống điều khiển, vỏ bánh răng và giá đỡ, vỏ thiết bị hỗ trợ, ống lót cho khớp cầu và vỏ chống bụi. TPU, được biết đến với khả năng chống mài mòn và chống mỏi uốn cong tuyệt vời, được sử dụng để kết nối các ống bọc trục, vòng đệm và miếng đệm. TPS chủ yếu được sử dụng cho ống ô tô, miếng đệm kín và chất kết dính.
1. Ứng dụng của nhựa đàn hồi nhiệt dẻo TPO trong ô tô
TPO là một chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo dựa trên polyolefin được pha trộn vật lý, bao gồm các polyolefin (thường là polypropylen) và các chất đàn hồi polyolefin chưa lưu hóa hoặc lưu hóa nhẹ (cao su monome ethylene-propylene-diene) thông qua pha trộn cơ học hoặc pha trộn lưu hóa một phần (hoàn chỉnh) động. Nó thể hiện khả năng chống chịu tuyệt vời với chất lỏng phân cực, nhưng khả năng chống chịu kém với hydrocarbon không phân cực và chất lỏng carbon halogen hóa, và khả năng duy trì hiệu suất của nó ở nhiệt độ cao là không lý tưởng.
TPO hiện là TPE được sử dụng tích cực nhất trong sản xuất ô tô, đặc biệt kể từ sự ra đời của TPO lưu hóa động vào những năm 1980, sau đó là sự phát triển của TPO lưu hóa động liên kết ngang hoàn toàn. Do đặc tính vật lý vượt trội, mức độ kháng dầu nhất định và khả năng chống lão hóa tuyệt vời, các ứng dụng của nó ngày càng được đánh giá cao. Hiện nay, ứng dụng lớn nhất của TPO trong ô tô là sản xuất cản và làm vật liệu bề mặt nội thất. Công ty Monsanto ở Hoa Kỳ là công ty đầu tiên phát triển và công nghiệp hóa việc sản xuất TPO, chất này hiện được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cản và bảng điều khiển ô tô. Tại Trung Quốc, TPO do các tổ chức như Viện nghiên cứu công nghiệp hóa chất Bắc Kinh phát triển đã được công nghiệp hóa và ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.
2. Ứng dụng nhựa đàn hồi nhiệt dẻo TPV trong ô tô
TPV là chất đàn hồi olefin nhựa nhiệt dẻo lưu hóa động, được tạo ra bằng cách liên kết ngang hai hoặc nhiều polyme thể hiện tác dụng hiệp đồng thông qua quá trình lưu hóa toàn phần động hoặc trộn nóng chảy, được hỗ trợ bởi các nhóm chức năng. Nó kết hợp các đặc tính tuyệt vời của từng loại polymer thành phần, chẳng hạn như khả năng chống lại chất lỏng, khả năng chống lại bộ nén và khả năng chống mỏi khi uốn. Nói chung, nó duy trì hiệu suất tốt ở nhiệt độ cao. Santoprene, được phát triển bởi Công ty Monsanto ở Hoa Kỳ bằng phương pháp lưu hóa động, đã được áp dụng rộng rãi. Loại cao su này có độ bền kéo lên tới 26,9 MPa, độ giãn dài khi đứt là 600% và độ bền xé là 1,12 KN/m, mặc dù nó có nhược điểm là biến dạng vĩnh viễn cao khi kéo dài. Các sản phẩm Santoprene có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ -40 đến +150°C. Vật liệu này được sử dụng trong hệ thống treo của ô tô hiện đại và dự kiến sẽ được sử dụng trong sản xuất ống gia cố, ống xếp gấp và các sản phẩm bịt kín kính, cùng nhiều sản phẩm khác.
Để giảm chi phí và duy trì tính thẩm mỹ, các nhà sản xuất trong nước và quốc tế đã bắt đầu sử dụng vật liệu TPV để sản xuất gioăng cửa và cửa sổ ô tô. TPV thuận tiện cho việc tô màu và tái chế. TPV trọng lượng phân tử cao có khả năng chống mài mòn tốt và hệ số ma sát thấp, khiến nó phù hợp làm vật liệu ép đùn cho phớt kênh chạy bằng kính ô tô, cũng như vật liệu góc không có gờ cho phớt cao su ô tô.
TPV giống như bọt biển thổi nước đã được phát triển thành công ở nước ngoài và được áp dụng cho gioăng cao su ô tô. Điều này thể hiện một xu hướng mới về vật liệu sẽ thay thế cao su xốp để sản xuất phớt ô tô trong tương lai. Ngoài ra, do quá trình tạo màu TPV đơn giản và tiện lợi nên nó thường được sử dụng làm vật liệu lớp trang trí ngoại thất cho gioăng cao su ô tô. Nó có thể được ép đùn và phủ đồng thời ở đầu khuôn và khuôn của máy đùn, hoặc sau khi gioăng cao su được lưu hóa, màng TPV có thể được ép đùn và phủ lên phốt ở nhiệt độ cao. Khi sử dụng phương pháp trước, do có sự chênh lệch đáng kể về nhiệt độ ép đùn giữa TPV và cao su, đầu khuôn của dây chuyền ép đùn đòi hỏi cấu trúc phức tạp với nhiều điểm kiểm soát nhiệt độ không ảnh hưởng lẫn nhau. Tại thời điểm này, để chống lại nhiệt độ lưu hóa của gioăng cao su trong bể lưu hóa vi sóng và không khí nóng, đồng thời để duy trì hiệu suất của vật liệu TPE, phải sử dụng vật liệu TPE chịu nhiệt độ cao đặc biệt. Vật liệu TPV có hiệu suất vượt trội rõ rệt, nhưng so với cao su EPDM, chi phí cao ảnh hưởng đến ứng dụng và quảng bá rộng rãi của chúng.
3. Ứng dụng nhựa đàn hồi nhiệt dẻo TPEE trong ô tô
TPEE (Thermoplastic Polyester Elastomer) là một chất đồng trùng hợp khối chứa các phân đoạn polyester cứng và các phân đoạn mềm polyether. Các đoạn mềm polyether, cùng với polyester vô định hình, tạo thành pha vô định hình, trong khi các đoạn cứng polyester kết tinh một phần tạo thành các miền vi mô tinh thể hoạt động như các điểm liên kết ngang vật lý. TPEE có tính đàn hồi của cao su và độ bền của nhựa kỹ thuật; các đoạn mềm mang lại độ đàn hồi, làm cho nó giống như cao su và các đoạn cứng mang lại khả năng xử lý, làm cho nó giống như nhựa. So với cao su, nó mang lại hiệu suất xử lý tốt hơn và tuổi thọ dài hơn; so với vật liệu kỹ thuật, nó cũng có độ bền cao, nhưng có tính linh hoạt và tính chất cơ học động tốt hơn.
Trong ngành công nghiệp ô tô, TPEE chủ yếu được sử dụng cho các khớp nối có vận tốc không đổi (CV). Trước đây, những đôi ủng này được làm từ CR (Cao su Cloropren) có khả năng chống mỏi khi uốn kém và thường bị nứt khi sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao, khiến việc thay thế tốn nhiều công sức và lãng phí. Với nhu cầu về khả năng chịu nhiệt ngày càng cao, TPEE đã bắt đầu được sử dụng trên một số loại xe Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản. Chất liệu TPEE đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu thời tiết, chịu dầu, chịu nhiệt, đồng thời đạt được mục tiêu về trọng lượng nhẹ. Về các khía cạnh khác, bốt giá lái, bốt treo và tấm che bụi điều khiển hộp số đều có thể được sản xuất bằng TPEE bằng phương pháp đúc thổi; nhiều loại ống nối ô tô, ròng rọc phanh tay và vòng đệm bụi khác nhau có thể được làm từ vật liệu TPE bằng phương pháp ép phun, đồng thời bộ dây và vỏ cáp có thể được sản xuất bằng TPEE với phương pháp ép đùn.
4. Ứng dụng của Chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo TPU trong ngành công nghiệp ô tô
TPU (Thermoplastic Polyurethane) được biết đến với độ bền cao, khả năng chống mài mòn cao, độ đàn hồi cao, chống lão hóa và chống dầu. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận ô tô, chẳng hạn như trong tay cầm cần số, các ống bọc và vòng đệm khớp nối khác nhau, các đầu nối dây khác nhau, dây có thể thu vào xoắn ốc, vỏ cáp, đai bánh răng, ống bảo vệ và miếng đệm cho thanh giằng lái, bản lề khớp treo, các bộ phận thủy lực và khí nén, màng treo, màng hấp thụ sốc, bộ giảm xóc, bộ hạn chế lò xo, v.v. Tận dụng độ bền cao và khả năng chịu tải cao của chất đàn hồi polyurethane, Công ty Lốp & Cao su Goodyear ở Hoa Kỳ đã phát triển thế hệ thứ hai của chất đàn hồi TPU, tên thương mại là Estaloc. Sản phẩm này vẫn giữ được các đặc tính của TPU Estaloc thế hệ đầu tiên và kết hợp các vi cầu thủy tinh rỗng làm chất độn, giúp tăng độ bóng lên hơn 15%, phù hợp để sản xuất tấm ốp hông ô tô và miếng đệm giảm chấn. Nhiều bộ phận cao su thủy lực được sử dụng trong xe được làm bằng vật liệu TPU. Đối với vỏ bảo vệ, đệm cửa và cửa sổ, ống dẫn nhiên liệu và vật liệu lót, công ty Nippon Zeon của Nhật Bản khuyến nghị sử dụng chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo polyester Elasta để sản xuất.
5. Ứng dụng nhựa đàn hồi nhiệt dẻo TPS trong ô tô
Chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo gốc styrene (TPS) là copolyme ba khối hoặc đa khối với các phân đoạn polystyrene là phân đoạn cứng và polydiene là phân đoạn mềm. TPS thể hiện độ bền kéo và độ đàn hồi tuyệt vời, duy trì mức độ linh hoạt ngay cả ở nhiệt độ rất thấp. Nó có đặc tính điện và khả năng thoáng khí vượt trội, nhưng khả năng chịu nhiệt và chịu dầu kém.
TPE loại copolyme khối styrenic (SBC) có một số đặc điểm khiến chúng khác biệt với các loại khác: độ cứng của các vật liệu này có thể dao động từ Shore A30 đến 70, cho phép sản xuất các sản phẩm có đặc tính gần giống với cao su; chúng có khả năng chịu nhiệt độ thấp tuyệt vời và tương thích với nhựa và nhựa đường, khiến chúng rất thích hợp để biến đổi nhựa và nhựa đường; chúng có khả năng chống nước và hóa chất tốt, và với sự phát triển của SEBS và SEPS hydro hóa, khả năng chịu nhiệt và lão hóa của chúng đã được cải thiện đáng kể; chúng cũng có đặc tính kết dính tuyệt vời với độ bám dính ban đầu cao. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi làm chất kết dính và chất bịt kín (như băng dính và dải dính nóng chảy) và chất biến tính nhựa (như polystyrene HIPS chống va đập, MPPO oxit polyphenylene biến tính, v.v.), đặc biệt là trong ngành sản xuất ô tô . TPE dựa trên SEBS chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô cho hệ thống kín ô tô.
Mặc dù chất đàn hồi nhiệt dẻo chưa thể thay thế hoàn toàn vật liệu cao su lưu hóa truyền thống nhưng ứng dụng của chúng đã đạt được tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, đặc biệt là với sự phát triển của công nghệ lưu hóa động, mở ra triển vọng rộng lớn cho việc sử dụng chúng trong ngành công nghiệp ô tô.