热塑性弹性体在汽车安全气囊系统中的应用及性能特征

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1、热塑性弹性体在汽车安全气囊系统中的应用及性能特征49朱笑初??徐新民??钱志国??景??肃??杨??松??陈旭谦(北京市化学工业研究院,北京??100084)????摘要??简述了用于汽车安全气囊系统的热塑性弹性体的种类及性能特征,详细介绍了聚酯型热塑性弹性体(TPEE)的性能特点及在汽车安全气囊盖板上的应用优势,并对TPEE的技术发展动态进行了阐述。关键词??汽车??安全气囊??热塑性弹性体??聚酯型弹性体??性能??应用????随着汽车工业的飞速发展,在谋求高质量、高性能与独特性的同时,汽车的安全性得到越来越高的关注,安全气囊正成为新型汽车的一个标准特征。第一

2、个汽车安全气囊在20世纪70年代出现于美国的通用公司的汽车上,随后,安全气囊装备的速度在世界范围内迅速增长。安全气囊从开始只为驾驶员装备的前排气囊发展到现在的乘客前排气囊、胸侧安全气囊、窗帘式安全气囊、膝气囊等。在北美洲,最新的丰田汽车最多共装有12个安全气囊。由此可见,汽车的安全气囊系统已进入一个全新的发展时期。汽车安全气囊系统除了传感器、微处理器、气体发生器和气囊等主要部件外,气囊盖板也是十分重要的一个部件。热塑性弹性体是汽———————————————————————————————————————————————车安全气囊盖板的主要使用材料。用作安全气囊盖

3、板的热塑性弹性体主要有聚烯烃共混型热塑性弹性体(TPO、TPV)、聚氨酯型热塑性弹性体(TPU)、聚酯型热塑性弹性体(TPEE)。不同级别的车型,安全气囊系统的配置是不同的。从低档车的只配主驾气囊到高档车的多个气囊甚至十多个气囊,每台车气囊盖板材料的使用量差别很大。从目前市场来说,单台车的标准配置(驾驶员气囊和附驾气囊)约需600g,至少需200g。按国内年产600万辆车计算,仅这一项,每年需要该类材料1200t~3600t。1??汽车安全气囊盖板材料种类及性能特征目前,汽车安全气囊盖板一般采用热塑性弹性体,主要有TPV(TPO)、TPU、TPEE。三者由于分子组

4、成及结构的差别,使之具有不同的性能。1.1??TPV(TPO)、TPU、TPEE的结构特征热塑性弹性体的共同结构特征是必然含有分子间作用力足够大的物理交联段(或在高温下能够解离的化学键)和自由旋转能力较大的高弹性链[1]段。物理交联段起着分子间化学或物理的交联加工性[2]。聚烯烃共混型热塑性弹性体是一种动态硫化型的热塑性弹性体(TPE),是橡胶[二元乙丙橡胶(EPM)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)等]与聚烯烃树脂(主要为PP和PE)共混,在共混过程中使橡胶与交联剂产生化学交联形成只有几微米的橡胶粒子分散于聚烯烃连续相中。部分交联的共混物称为TPO,

5、完全动态硫化时,橡胶粒子的凝胶———————————————————————————————————————————————量大于97%,其动态硫化共混物称为TPV。TPU是一类由与异氰酸酯反应而生成的氨基甲酸酯硬段与聚酯或聚醚软段相互嵌段结合的热塑性橡胶。分子间的氢键交联和偶极作用或高分子链间的轻度交联是材料具有热塑性能的主要原因。随着温度的升高或下降,TPU的上述两种交联形式具有可逆性[1]。TPEE是一类含有芳香族聚酯硬段(结晶相)和脂肪族聚酯或聚醚软段(连续相)的嵌段共聚物,也称聚酯橡胶。TPEE是线性嵌段共聚物,其强度产生于结晶相的聚酯嵌段,或称??硬段

6、??,分散于作为连续相的无定形软段中。连续相由软段和未能结晶的其它聚酯嵌段构成。整个弹性体是一个连续的无定形网络和部分连续的晶态网络结构叠加而成。当弹性体经受外力时,应力首先通过连接分子传至结晶相。当微晶受力而开始取向时,应力传至共聚物的网络结构部分,最终弹性区域承担全部应力,共聚物就像交联弹性体那样产生弹性应变1[1-2][1]。这三种弹性体的结构特征及约束模式归纳于表。[2-4]1.2??TPV(TPO)、TPU、TPEE的性能特点———————————————————————————————————————————————对TPV(TPO)、TPU、TPEE

7、的主要性能进行比较,可以看出三者之间的优劣及各自的特点,结果见表2。??50表1??弹性体结构特征及约束模式种??类TPV(TPO)TPUTPEE硬??段PE、PP氨基甲酸酯芳香族聚酯表2??项??目密度柔软性力学强度耐压缩变形性耐热性低温特性使用温度范围耐溶剂性耐寒性耐候性耐化学药品性耐热水性加工性价格软??段EPM、EPDMNBR聚酯、聚醚脂肪族聚醚、聚酯结构特点共混合金嵌段共聚嵌段共聚工程塑料应用2007年,第35卷,第9期????表3??安全气囊盖板用TPEE的典型性能约束模式结晶相结晶相氢键结晶相特??性邵氏硬度D拉伸强度/MPa拉伸弹性模量/MPa弯曲

8、弹性模量/