TPE汽車塑料件成型加工技術的可持續(xù)發(fā)展

TPE作為一種節(jié)能環(huán)保的新型材料，在汽車行業(yè)得到了越來越廣泛的應用。其成型加工技術的開發(fā)與改進，有助于汽車實現減重目標，達到日趨嚴格的燃油經濟性標準。

TPE是介于橡膠與樹脂之間的一種新型高分子材料，具有橡膠與塑料的雙重性能和寬廣的特性，還可代替橡膠大量用在PVC、PE、PP、PS等通用熱塑性樹脂甚至PU、PA、CA等工程塑料的改性上面，使塑料工業(yè)也出現了嶄新的局面。汽車應用是TPE【包括TPV、TPU、TPEE、SEBS、SBS、TPO以及SEBS、SBS共混改性的熱塑性彈性體（TPS)等】最大的終端市場，占總需求量的近三分之一。TPE兼有橡膠的優(yōu)良彈性和熱塑性塑料的易加工性、抗沖擊性、耐蠕變，使用溫度范圍寬，而且硬度可調，耐油、耐化學藥品和溶劑侵蝕。受汽車輕量化發(fā)展及全球汽車燃油經濟性標準趨嚴的影響，TPE成為了延續(xù)和提升汽車減重和提高燃油經濟性趨勢的綠色化水準的新材料，甚至取代傳統(tǒng)的橡膠彈性體。作為全球最大的TPE消費國，中國將繼續(xù)保持8%以上的年增長率。

各種各樣的熱塑性彈性體的不同的性能使得TPE具有很大的應用及發(fā)展空間：例如AEM-TPV和TPSiV具有很高的耐油性能，使用溫度也能達到很多的工程應用領域的要求，應用在汽車引擎密封蓋、保護靴及軟管等領域；硬度較低并且具有很強的抗彎曲性能的COPEs可以用來生產抗彎曲強度要求較高的汽車內飾件部件；低硬度的茂金屬熱塑性聚烯烴彈性體、POE以及半硬度的POP等使得汽車內飾材料又多了挑戰(zhàn)性的選擇。TPE成型加工技術的科學發(fā)展，可提高TPE制品的功能機性能，拓展汽車領域的應用范圍，實現汽車節(jié)能、環(huán)保和安全的“現實需求”及“潛在需求”的科技水準的可持續(xù)發(fā)展。汽車應用是TPE最大的終端市場，占總需求量的近三分之一。

復合型TPE制品成型加工技術科學發(fā)展

TPE制品的成本受到幾個因素的影響，包括加工過程中的經濟性以及原材料價格等。復合型TPE制品是實現其市場化的性價比的發(fā)展方向。TPE價格昂貴，整體型TPE制品難以為市場接受，復合型TPE制品既提高了原橡、塑制品的綠色化性能，又減少了TPE的用量，減輕了市場的價格壓力，易為市場接受。適應復合型TPE制品的TPE及其成型加工技術是TPE全套解決方案的發(fā)展方向。使TPE與塑料/橡膠良好地粘合，按照化學上的相似相容原理，要有相接近的極性，才能發(fā)生分子鏈層級的熔合，所以必須對TPE改性。美國材料生產商Elastocon TPE Technologies公司推出一款新型熱塑性彈性體STK，涵蓋注射成型、擠出成型、熱塑成型和吹塑成型，與傳統(tǒng)TPE級別相比，它具有更高的粘合性和更好的拉伸強度。由于使用了特殊粘合促進工藝，它可以更好地粘附在材料上，并適用于包覆成型。

雙組分注塑成型加工技術。通過雙組分注塑的包覆成型技術，將熱塑性彈性體TPE與剛性基材復合，不僅可以使制品表面充滿柔感，還可以增加產品功能性與附加值，如減噪、減震、防水、防撞、防滑、舒適感等。模具是整項技術的靈魂。模具通過轉動移位，達到同步注塑不同物料的效果。恩格爾的無拉桿多組分注塑機，適應多組分模具大而注塑件表面較小的情況，所需鎖模力也相對較小，模具可以超越模板安裝邊緣，因而即使模具較大,也可以使用較小的機型以節(jié)省成本與能源，在TPE多組分汽車零件注塑成型加工中得到廣泛應用。傳統(tǒng)的單一塑料組成的操縱件，觸感性及后裝飾性能差。雙組分成型加工技術的發(fā)展，實現在傳統(tǒng)塑料操縱件表面注塑一層包裹的TPE，發(fā)揮TPE制品表面觸感性和TPE制品表面著色性極佳的兩項性能，制品成型后可為用戶實現個性化的裝飾圖案，具有對個性化需求欲望超強的客戶的吸引力。KRAIBURG 新開發(fā)的兩個TPE系列，與PP、ABS、PC/PBT進行雙組分注塑成型操縱件，發(fā)揮了表層TPE抵抗日常使用產生的一切影響的性能，如手汗、酒精、紫外線、天氣原因帶來的影響，同時可滿足對色彩的期望。

多層無粘復合加工技術。多層無粘復合加工，由于省卻了粘結劑，實現了清潔、節(jié)能復合。TPE膜具有優(yōu)異防潑水功能、超強任韌性，不含任何有害身心健康氣味及重金屬，不滋生細菌，營造健康綠色環(huán)境，很適宜做環(huán)保背膠面料。TPE復合膜具有超強的剝離強度。長期以來車內軟裝飾件為軟質PVC，雖然在PVC料的增塑劑的環(huán)保性能方面做了大量的研究和應用，但只能減少而不能杜絕有害物質的排放、遷徙，裝飾件的環(huán)保性能成為長期困擾的問題。以可熱粘結的普通軟質塑料材為基體與TPE薄膜實現無粘結劑的復合，降低成本，裝飾件達到綠色化的性價比。復合汽車腳墊，表層為TPE，采用高溫復合，不用膠水粘連，避免膠水中的甲醛對人體的傷害，真正做好了綠色環(huán)保，提高車內空氣的質量。

復合型背部注塑加工技術。實現汽車零件的干漆膜化，杜絕汽車零件由于涂裝而產生的有害物質的排放。注塑機的移模位置的控制精度的提高，機械手的應用，使背部注塑技術得以實現及推廣應用。背部注塑把TPE薄膜熱壓成型為零件的形狀，放到注塑模具里，模具合緊后，在它的背面注塑熔融的物料，使兩者結合為一體，特別適合于像保險杠面板那樣較復雜零件。注塑成型的制品，不需要涂裝，符合汽車免噴涂化的發(fā)展。免噴涂不僅可以大幅降低成本，而且可以減少噴漆過程造成的環(huán)境污染。

橡塑復合擠出加工技術。橡塑復合連續(xù)精密擠出的發(fā)展，實現控制外層TPE達到最佳狀態(tài)和完滿的圓周及側向材料分布，內芯、內層、主體能不受材料分布的影響而加工變化廣泛的EPDM。橡塑復合密封條，內芯為橡膠、包裹外層為TPE，有兩種制造工藝：（1）橡塑復合連續(xù)擠出，在復合機頭、口模處實現共擠包覆。復合機頭需有多處控溫又互不干擾，以適應TPE與橡膠的擠出溫度相差很大的工藝要求，而此時為抗衡橡膠密封條在微波和熱空氣硫化槽中的硫化溫度，使TPE材料性能不變，需采用特殊的耐高溫的TPE材料。（2）在橡膠密封條硫化后，一邊擠出TPE薄膜，一邊在高溫下與密封條包覆。

無熔接縫TPE制品成型加工技術。實現了管件類、中空類TPE制品的無熔接縫成型加工，拓展了TPE制品的汽車應用領域。

注射中空加工技術。擠出中空件，不可避免存在影響制品強度性能的熔接縫，這對TPE制品的整體強度均一化十分不利。注射中空技術的發(fā)展，為TPE的中空制品在汽車上的應用開辟了發(fā)展方向。注射中空制品沒有熔接縫，整體強度一致。例如，車用波紋中空件的注射中空，TPE熔融料注入模具，然后吹塑成型，切掉兩端，沒有熔接縫，使用壽命可達到50萬次，大大高于橡膠類的10萬次。

中空加工技術。3D中空技術是集擠出、吹塑、機械手、智能控制等現代科技為一體的高新技術。普通擠出管件成型為異型管件，都是直線管件成型后進行第二次加工，管件的外形、管壁強度等受到影響，而且不能加工各段內徑相差大的異徑管。普通中空異徑中空件都為中空型坯吹塑而成，都存在結合熔接縫，影響制品強度，不能發(fā)揮TPE的性能。3D中空技術，型坯擠出后，被預吹漲并貼緊在一邊模具壁上，擠出頭或模具按成形編制的程序進行2軸或3軸的轉動,當類似腸形的型坯充滿模腔時，另一邊模具閉合并包緊型坯，使之與后續(xù)的型坯分離，這時整個型坯被吹脹并貼緊在模腔的壁上成型，制品無熔接縫，可達到任意異型異徑的技術要求，拓展TPE異型異徑管的應用范圍。異型尾氣排氣實現TPE材料化，提高耐寒耐高溫的性能。宜中中南橡膠公司用NBR／PVC／氯醇橡膠三元共混的TPE制備耐油異型膠管，已用于汽車發(fā)動機的配件。

發(fā)泡TPE制品成型加工技術。發(fā)泡成型加工技術提高了TPE制品的輕量化、緩沖性、比強度的性能。

擠出發(fā)泡加工技術。TPE擠出發(fā)泡材料兼顧熱塑性彈性體和發(fā)泡塑料所具有的優(yōu)良特性，可以用作用可吸收沖擊能量和震動能量的座椅、頭枕等制品，提高乘坐的舒適性及減輕碰撞時對人體的傷害。TPE因熔體強度較差等原因難以被加工成發(fā)泡級產品，山東道恩北化彈性體材料有限公司采用環(huán)保無害配方體系，開發(fā)出了具有發(fā)泡均勻、細密、泡體強度高等特點的擠出發(fā)泡級TPE。北京化工大學馮剛和苑會林，研究了發(fā)泡劑的用量、成核劑的種類和用量、交聯劑，以及加工參數、螺桿結構對擠出成型工藝制備TPE擠出發(fā)泡材料性能的影響，為實現TPE發(fā)泡制品的應用提供了科學技術。目前，TPE發(fā)泡材料在汽車上的應用還處于初始階段，有待于應用開發(fā)，例如TPE發(fā)泡材料用作隔震墊片，能在高速的前提下，降低車輪及路面的動力效應，提高舒適、安全的性能。水發(fā)泡海綿狀TPE在國外已研制成功，成為今后取代海綿橡膠制作汽車密封條的新趨向。

微孔注射加工技術。提高TPE制品的聲學性能，實現內飾件的啞光化，有利于減少駕駛員的視覺疲勞及完善車與乘員的和諧性。MuCell微孔注射加工技術是近年科技創(chuàng)新的綠色化的環(huán)保新技術，不同于反應發(fā)泡，主要采用物理介質，如超臨界CO2，成核氣泡為微泡沫。微發(fā)泡部件較輕、殘余壓力較少，尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性卓越,材料消耗較少、成型周期也較短，應用于TPE制品，降低密度，提高了制品的吸收和衰減振動與噪聲的能力。日本馬自達汽車公司開發(fā)超臨界流體（SCF）發(fā)泡技術與核心反向擴展成型工藝相結合，使汽車輕量化，減少對樹脂的消費量，其節(jié)約增產率高達30%。

TPE成型加工設備科學發(fā)展。TPE成型加工設備可持續(xù)發(fā)展是TPE應用汽車領域全套解決方案的重要內涵。TPE成型加工設備科學方案的發(fā)展，有助于實現TPE汽車制品減量化、資源節(jié)約化、性價比科學化、廢棄物資源化的低碳革命、低碳經濟的可持續(xù)發(fā)展。

節(jié)能降耗實時性的溫控系統(tǒng)科技發(fā)展，提高TPE成型加工質量及拓寬應用范圍。熱塑性彈性體的粘度隨溫度變化特別大，溫控精度直接關系到制品的質量。傳統(tǒng)的電阻絲加熱是根據熱傳導原理，電阻絲加熱件本體發(fā)熱將熱量傳導給被加熱件，溫度控制精度低、實時性差。近年來應用高頻電磁感應原理開發(fā)的電磁感應加熱，交變磁場的磁力線通過金屬材料時產生強大的渦流，導致金屬材料自行快速發(fā)熱，具有溫控精度高、優(yōu)異的節(jié)能、環(huán)保、實時的綠色化性能，保證了TPE成型加工的溫控性能的需求。中國科學院自動化所研發(fā)的具有自主知識產權的三博電磁加熱節(jié)能系統(tǒng)，提供加熱改造、溫度控制的完整解決方案，自帶溫度控制器和相關的控制算法，實現溫度的精確控制，避免加熱、冷卻等設備之間的內耗?；诙嘧兞磕Ｐ皖A測控制技術的溫度控制系統(tǒng)與電磁感應加熱結合，對加熱的各段溫度實現很好的解耦，提高整個加熱系統(tǒng)的控制精度。

智能化成型加工技術的發(fā)展，推動汽車TPE制品的可持續(xù)發(fā)展。TPE汽車制品向精密化、功能化的高科技方向發(fā)展，普通的成型加工技術越來越暴露出缺陷。實現智能化成型加工是滿足TPE制品可持續(xù)發(fā)展的需要。智能化指以成型加工塑料制品的質量為目標，設備（生產線）具有感知、分析、推理、決策、控制功能的“人腦”智能，自動檢測制品的質量、自動修正成型工藝參數、“智”適應成型加工環(huán)境，實現人為設定的預期目標，它是先進制造技術、信息技術、微電子技術、電子技術、網絡技術、檢測技術的集成和深度融合。注塑、擠出、吹塑等成型加工技術結合汽車TPE制品的特點，開發(fā)智能化成型加工技術，推動汽車TPE制品的可持續(xù)發(fā)展。廣州聯塑科技實業(yè)有限公司自主開發(fā)以擠出壓力為控制對象，智能化控制擠出轉速，提高擠出質量，有利于提高管道類TPE制品的質量及TPE原料的利用率。

高效節(jié)能的料斗干燥原料的新型加熱系統(tǒng)。TPE粒料往往含有不同程度的水分、熔劑及其它易揮發(fā)的低分子物，特別是具有吸濕傾向的TPR含水量總是超過加工所允許的限度。因此，在加工前必須進行干燥處理，并測定含水量。在高溫下TPR的水分含量要求在5%以下，甚至2%～3%，因此常用真空干燥箱在75℃～90℃干燥2小時。傳統(tǒng)干燥機節(jié)能發(fā)熱元件是電熱管及陶瓷紅外線等耗電高、壽命短的加熱元件。采用可調高效率熱風元件，利用鼓風機將熱分子吹送到需熱干燥的塑料原料上，發(fā)熱元件所產生的熱量95%，由風扇的對流空氣傳達至被加熱的物體上，節(jié)電可達30%以上。張家港市聯達機械有限公司LDYW-200型紅外線結晶除濕干燥系統(tǒng)，結晶、除濕、干燥三位一體一次完成，時間短、效率高、能耗低，幾乎不破壞原料結構。百旺塑料設備（蘇州）有限公司HR系列干燥機，采用獨特的吸濕蜂巢轉輪技術，確保更高的能源利用率。

高性能伺服電機動力驅動系統(tǒng)。交流伺服電機驅動無噪聲污染、動態(tài)反映快、大幅度節(jié)能，同比三相異步電機驅動的能耗可節(jié)能30%～60%，實現了節(jié)能環(huán)保；同比直流伺服電機具有更小的體積及更優(yōu)的性價比，被稱為綠色驅動技術，已成為綠色化動力驅動的標志。BEKUM新一代的EBLOW-XO7系列中空成型機采用全電動驅動，位置精度0.01mm，縮短成型加工周期15%，節(jié)能50%。伺服電機的擠出驅動，技術塑化轉速的精密控制，更有利于塑化剪切需嚴格控制的TPE的要求，提高塑化質量，直接提高和溫度制品的力學性能。伺服電機直接驅動TPE注塑機的合模部件，達到精密控制移模行程及定位精度，有利于TPE膜的模內裝飾的復合成型。伺服電機驅動的膜厚測量系統(tǒng)，可節(jié)約TPE原材料約5%，既降低成本又提高質量。

高動態(tài)反映的閥控伺服注射系統(tǒng)。TPE不同于普通塑料的注射性能，充滿流道系統(tǒng)的最佳時間為0.5～1.5 秒。普通的液壓注射系統(tǒng)及伺服電機驅動的注射系統(tǒng)的動態(tài)性能難以達到。普通開關閥動態(tài)反映時間需約250ms，不可能實現瞬時高速注射，唯伺服閥控制系統(tǒng)才能達到。閥控伺服系統(tǒng)由電液伺服閥和執(zhí)行機構構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，瞬時高速注射時間在0.5s時間內完成，注射速度可達300mm/s，實現雙組分的TPE薄壁包覆制品的成型加工。

總結

TPE的耐熱性不如橡膠，隨著溫度上升而物性下降幅度較大，因而適用范圍受到限制。同時，壓縮變形、彈回性、耐久性等同橡膠相比較差，價格上也往往高于同類的橡膠。但總的說來，TPE的優(yōu)點仍十分突出，而缺點則在不斷改進之中，它作為一種節(jié)能環(huán)保的新型原料，發(fā)展前景十分看好。TPE成型加工技術的科學發(fā)展，使得其在汽車上的應用越來越廣。