一文深度了解汽车防尘罩及材料需求
随着我国经济的不断发展,汽车已经成为越来越多人的首选代步工具,汽车工业特别是新能源汽车获得了前所未有的大发展,汽车轻量化和环保性成为汽车工业的发展主题,热塑性聚酯弹性体(TPEE)便是伴随着这样的历史机遇应运而生的,被广泛地应用在汽车零部件的各种密封结构中,尤其在各种传动部件的密封中。
在汽车配件中主要有万向节 ( CVJ ) 防尘罩、球头防尘罩、转向器防尘罩、减震器防尘罩等各种防尘罩,其中,以 CVJ 防尘罩要求最高。

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图1 不同形状CVJ防尘罩产品示例

一、防尘罩概况

TPEE 应用于 CVJ 防尘罩之前,制造 CVJ 防尘罩的材料主要为氯丁橡胶 ( CR) 。由于防尘罩的工作环境恶劣,经常受到温度变化、空气腐蚀、雨水侵蚀及其高速旋转的作用,容易损坏、变质。防尘罩一旦损坏,灰尘、雨水、泥沙就有可能进入,严重影响万向节的传动性能,其安装位置见图2。对于 CVJ 防尘罩的性能要求如下:

1) 抗老化能力:因为在室外环境中使用,在光照和氧化的作用下,橡胶化学结构会发生变化,导致防尘罩老化。
2) 低温性能:在冬季 ( 尤其是北方) ,室外温度过低,橡胶制品会变脆,导致弹性和韧性下降,容易发生断裂。
3) 抗疲劳能力:因为万向节是工作在非匀速转动状态,所以防尘罩在使用中所抵抗的是周期性交变应力。
4) 耐介质性能:防尘罩的重要功能就是防止润滑剂油脂泄漏。
5) 抗变形能力:在使用过程中,万向轴会有无规则的运动,并且内部润滑油会对防尘罩施加一定的压力,所以在防尘罩上会突然出现较大的拉压应力。
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TPEE 替代橡胶做防尘罩,不需要经过混炼和硫化两个高能耗工艺过程,这不仅缩短了 90%的成型周期,大大提高了生产效率,而且每吨制品可节约加工用电 1900 kW·h,加工能耗降低 75%以上。此外,废弃的 TPEE 制品即使经过 2 次回用,性能保持率仍超过 90% ,还可以反复使用,特别符合节能减排标准。

以氯丁橡胶制造的 CVJ 防尘罩为例,由于氯丁橡胶的耐曲挠疲劳性较差,加上在高湿环境中使用时经常发生破裂,更换新的护套不仅费力,而且浪费大。TPEE 制作的防尘罩的抗老化、低温、抗疲劳、耐介质和抗变形性能均很优异,在汽车的使用寿命内不需要更换,减少了橡胶固体废弃物处理。产品重量比原来橡胶制造的更轻,几乎减少了一半,符合汽车轻量化发展方向。

由于用 TPEE 材料制作的防尘罩在汽车的使用寿命内不需要更换,国内乘用车的CVJ 防尘罩、转向器防尘罩、球头防尘罩、减震器防尘罩多采用 TPEE 材料制作。随着技术的进一步发展,商用车也逐步开始使用 TPEE 材料制作防尘罩。

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图2 TPEE在底盘传动轴防尘罩上的应用

二、会通 针对防尘罩特殊要求的解决方案

1

熔体增粘技术

由于防尘罩主要采用吹塑加工工艺,因此对材料的流变特性要求极高。为满足吹塑级TPEE材料的高强度且稳定熔体强度,会通给出解决方案:

聚合特种树脂满足熔体强度稳定的要

 

采用分子偶联技术进行熔体增粘

 

采用后缩聚工艺形成均一稳定的熔体强度

通过后缩聚、分子偶联等增粘技术,提高TPEE分子量及分子链的支化度,进而满足吹塑加工工艺,制得的制品内外光滑、壁厚均匀。

2

耐油脂技术

汽车等速万向节防尘罩(CVJ 防尘罩)位于汽车驱动轴的周围,用于保护联轴器,是汽车转向系统球笼护罩,用于存放润滑油酯,并避免灰尘、水和盐等进入润滑系统,是汽车重要配件之一,在运转时生热,故高温时需要具有优异的耐油脂性能,会通给出解决方案:

利用分子嵌段技术在TPEE中嵌入耐油高分子

 

利用阻隔技术,采用特殊助剂,阻止油品进入TPEE中

通过嵌入耐油高分子、复合耐油阻剂得到了超高的耐油脂性能,制品在125℃条件下油脂老化336h,其性能保持率超过90%,超过国外进口同类产品。

3

润滑降噪技术

汽车在运转时,尽可能噪音较小,这样人们驾驶体验感更好,特别是新能源汽车更是要求低噪音,这要求转动轴上的防尘罩必须具有降噪功能,会通给出解决方案:

调节软段结构和含量使其材料具有优异的弹性,同时具有更优异的阻尼性能,从而达到降噪的效果

 

采用不同润滑剂的复合,达到长期降噪的目的

通过以上两种技术的融合,达到了润滑降噪的目的。

4

长期热老化技术

汽车可能会在苛刻的条件下使用,所以汽车防尘罩还要求在苛刻的高低温条件下正常使用,会通给出解决方案:

在分子结构中引入具有高键能的高分子,从而达到长期耐老化的目的

 

根据老化降解机理,采用复合稳定系统解决长期老化问题

分子中引入高键能键,同时辅以复合稳定助剂系统,使得TPEE具有优异的长期老化性能:125摄氏度3000h,机械性能保持率>75%。

5

耐疲劳技术

由于汽车转动轴是工作在非匀速转动状态,所以防尘罩在使用中所抵抗的是周期性交变应力。材料必须具有优异的耐疲劳性能,会通给出解决方案:

利用微晶化技术提高结晶度,从而提高TPEE耐疲劳性能

 

利用分子缠绕技术引进较长长度的分子链,在分子中较长的分子链能形成抗疲劳性能好的缠绕网络,从而加强TPEE耐疲劳性能

 利用微晶化技术、分子缠绕技术得到了卓越的耐疲劳性能的防尘罩。

 

来源:会通新材料

 

作者 duan, yu