應(yīng)用于乘客側(cè)安全氣囊蓋板上的TPE材料的性能研究

婁俊偉

摘 要：文章研究了應(yīng)用于安全氣囊蓋板的TPE材料在不同溫度條件下、不同應(yīng)變率下的力學(xué)性能，同時(shí)研究了注塑加工工藝和取向性對(duì)該材料性能的影響。汽車(chē)被動(dòng)安全是整車(chē)安全的重要組成部分，對(duì)汽車(chē)性能、價(jià)格以及汽車(chē)產(chǎn)品在消費(fèi)者中的競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的影響。關(guān)鍵詞：氣囊蓋板;TPE 材料;應(yīng)變率;注塑工藝;取向性中圖分類(lèi)號(hào)：U445 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-170-03

Abstact： At the same time， the effect of injection molding process and orientation on the properties of TPE materials used in airbag cover plate was studied. Passive safety of automobile is an important part of vehicle safety， which has an impor?-tant influence on the performance， price and competitiveness of automobile products among consumers.Keywords： Airbag cover plate; TPE material; Strain rate; Injection molding process; OrientationCLC NO.：?U445??Document Code： B??Article ID： 1671-7988（2020）08-170-03

引言

安全氣囊作為一種被動(dòng)安全裝置，在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)，安全氣囊的氣袋會(huì)快速充氣，在乘員與汽車(chē)內(nèi)飾件中間，形成一道緩沖與吸能的屏障，從而達(dá)到保護(hù)乘員的效果。

本論文選取目前氣囊蓋板常用的Mitsubishi Chemical 生產(chǎn)、牌號(hào)為T(mén)T850N的TPE材料為對(duì)象，研究該材料在不同溫度、不同應(yīng)變率條件下的力學(xué)性能，同時(shí)，研究注塑成型工藝及取向性對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的影響。

1?TPE力學(xué)性能研究

1.1 TPE材料在不同溫度條件下的力學(xué)性能

由于車(chē)輛的使用環(huán)境涵蓋常溫、低溫和高溫等不同溫度環(huán)境，因此研究氣囊蓋板TPE材料在不同溫度條件下的力學(xué)性能，具有重要的意義。

以ISO 37 type 3樣條，分別在23℃，-35℃和85℃條件下，按照表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，拉伸強(qiáng)度-延伸率曲線如下圖1所示：

從圖1可以看出：

（1）TPE材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸性受溫度影響顯著：隨著溫度的增加，拉伸強(qiáng)度逐漸下降，而延伸性逐漸增加;

（2）即使在-35℃低溫條件下，該TPE材料仍可達(dá)到約500%的斷裂延伸率，表現(xiàn)出優(yōu)良的低溫韌性。

延伸率曲線圖

1.2?不同應(yīng)變率下的力學(xué)性能

應(yīng)變率是材料相對(duì)于時(shí)間的應(yīng)變（變形）能力，是材料科學(xué)和連續(xù)力學(xué)的概念。以單向拉伸實(shí)驗(yàn)為例：

從上述公式（2）可以看出：應(yīng)變率是速度與原始長(zhǎng)度的比值。

根據(jù)材料的測(cè)試時(shí)間和應(yīng)變率范圍，可分為蠕變、準(zhǔn)靜態(tài)、沖擊和爆炸這四個(gè)梯度。汽車(chē)碰撞，主要處于“沖擊”應(yīng)變率范圍。因此，根據(jù)材料的應(yīng)用情況，需要研究TPE材料在不同應(yīng)變率下的力學(xué)性能，研究其應(yīng)變率效應(yīng)。本論文按照表2的測(cè)試方法，分別測(cè)試TPE材料在0.01s-1、1s-1和100?s-1這三個(gè)應(yīng)變率下的拉伸性能。

從圖2可以看出：隨著應(yīng)變率的增加，TPE材料的拉伸屈服強(qiáng)度顯著增加，斷裂延伸率顯著減小，呈現(xiàn)顯著的應(yīng)變率效應(yīng)。

2 注塑成型工藝及取向性對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的影響

2.1 注塑成型工藝對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的影響

由于TPE材料具有較好的流動(dòng)性，易注塑成型，生產(chǎn)效率高，因此TPE材質(zhì)的氣囊蓋板一般采用注塑工藝成型。本論文研究注塑工藝中的澆口尺寸、保壓時(shí)間對(duì)TPE材料性能的影響，同時(shí)研究材料注塑過(guò)程中的材料取向性對(duì)其性能的影響。

注塑機(jī)臺(tái)：海天538T注塑機(jī);

注塑模具：500mm*300mm平板模具，壁厚：3mm;

材料：Mitsubishi Chemical 生產(chǎn)、牌號(hào)為T(mén)T850N的TPE材料。

注塑工藝參數(shù)如下表3 所示，在保持注塑壓力、保壓壓力、注射速度、熱流道溫度等參數(shù)不變的情況下，采用方案1和方案2 兩種注塑工藝參數(shù)，研究澆口尺寸和保壓壓力對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

采用如下表4的測(cè)試參數(shù)，進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)試方案1和方案2兩種注塑工藝參數(shù)，對(duì)TPE材料的性能影響。

從圖3?可看出：兩種不同的注塑工藝方案：

（1）TPE 產(chǎn)品的拉伸斷裂強(qiáng)度，無(wú)顯著的變化;

（2）TPE產(chǎn)品的拉伸斷裂延伸率，呈現(xiàn)顯著的差異：延長(zhǎng)TPE材料的保壓時(shí)間、增加進(jìn)膠口尺寸，可以顯著提升TPE產(chǎn)品的斷裂延伸率。

為從微觀上分析不同注塑工藝的差異性，對(duì)上述方案1 和方案2兩種狀態(tài)的TPE產(chǎn)品，進(jìn)行超薄切片后的斷面微觀形態(tài)觀測(cè)，兩種注塑工藝的TPE產(chǎn)品，在斷面上，均呈現(xiàn)皮層-中間層-芯層結(jié)構(gòu)。斷裂延伸性?xún)?yōu)的TPE產(chǎn)品（注塑方案1），皮層厚度厚于斷裂延伸性低的TPE 產(chǎn)品（注塑方案2）。

2.2 取向性對(duì)產(chǎn)品性能的影響

為研究注塑成型的TPE產(chǎn)品，是否呈現(xiàn)顯著的取向性，采用上述方案1的注塑工藝參數(shù)，在產(chǎn)品的相同位置，分別沿MD（平行于流動(dòng)方向）和CD方向（垂直于流動(dòng)方向），取標(biāo)準(zhǔn)樣條，按如下表5，進(jìn)行拉伸測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出：

（1）MD方向和CD方向，TPE 產(chǎn)品的拉伸斷裂強(qiáng)度，無(wú)顯著差異;

（2）TPE產(chǎn)品的拉伸斷裂延伸率，呈現(xiàn)顯著的差異：CD方向的延伸率，高于MD方向的延伸率。

為從微觀上分析TPE材料在不同方向上的性能差異，對(duì)上述MD方向?和CD方向的TPE注塑成型產(chǎn)品，進(jìn)行超薄切片后的斷面微觀形態(tài)觀測(cè)。MD方向，TPE 呈現(xiàn)顯著的取向性，而CD方向，材料的取向性不顯著。

3 小結(jié)

本論文以應(yīng)用于氣囊門(mén)蓋板上的TPE材料為研究對(duì)象，?研究了該材料在不同溫度下的拉伸性能，結(jié)果顯示該材料的拉伸性能受溫度影響顯著：隨溫度的降低，拉伸強(qiáng)度逐漸增大，而延伸性逐漸減小，但在低溫條件下，該材料仍呈現(xiàn)優(yōu)異的韌性;同時(shí)，該材料應(yīng)變率效應(yīng)顯著：隨著應(yīng)變率的增加，拉伸屈服強(qiáng)度逐漸增加，而斷裂延伸率逐漸降低。本論文同時(shí)研究了注塑加工工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響。研究結(jié)果顯示：適當(dāng)增加進(jìn)膠口尺寸和保壓時(shí)間，可以提升產(chǎn)品的拉伸延伸性，而其強(qiáng)度影響甚微;TPE注塑產(chǎn)品在不同方向上呈現(xiàn)顯著的差異性：流動(dòng)方向，取向性顯著，而垂直于流動(dòng)方向，取向性不顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]?陳瑤，黃俊，吳璧耀.PP/EPDM復(fù)合材料性能研究[J].彈性體，2008，?18（05）：47-50.