如何進一步提高TPE材料在汽車輕量化中的耐磨性能?
提高 TPE 材料在汽車輕量化中的耐磨性能需從材料本質特性、結構設計和使用場景適配性出發(fā),通過配方優(yōu)化、增強改性及工藝調整等手段,減少摩擦過程中的材料損耗,滿足雨刮器、座椅滑塊、密封件等動態(tài)部件的長期使用需求。
配方優(yōu)化:增強材料抗磨損本質
通過調整 TPE 基礎配方可從分子層面提升耐磨性。選用高硬度基材與優(yōu)化軟硬度平衡是基礎,在保證輕量化的前提下,選用邵氏硬度 70A-90A 的基材(如高結晶度 PP 硬段的 TPV、高硬度 SEBS 基 TPE),分子鏈剛性增強可減少摩擦時的塑性形變,例如將座椅滑塊用 TPE 硬度從 60A 提高至 80A,磨損量可降低 30%~40%。但需避免硬度過度提升導致脆性增加,可通過調整軟段 / 硬段比例(如硬段占比提高至 40%~50%)實現(xiàn) “硬而不脆”。
添加耐磨助劑形成潤滑保護層能有效減少摩擦損耗,引入 PTFE(聚四氟乙烯)微粉(添加量 3%~5%)可在材料表面形成低摩擦系數(shù)的潤滑膜,使動摩擦系數(shù)從 0.5 降至 0.3 以下,尤其適合雨刮器刮水條等高頻摩擦部件;添加超細二硫化鉬(MoS?)或石墨粉(2%~4%),利用層狀結構的滑移特性分散摩擦應力,經(jīng) 10 萬次往復摩擦測試后,磨損量可控制在 0.05mm 以內。
優(yōu)化抗氧與交聯(lián)體系提升結構穩(wěn)定性,在 TPE 配方中引入受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯輔助抗氧劑復配體系(總添加量 0.8%~1.2%),減少摩擦生熱導致的分子鏈斷裂;對 SEBS、TPV 等材料進行適度化學交聯(lián)(交聯(lián)度控制在 20%~30%),形成三維網(wǎng)絡結構限制分子鏈滑移,高溫摩擦環(huán)境下(60℃~80℃)的耐磨壽命可延長 50% 以上。
增強改性:通過復合填充強化耐磨性能
引入增強填料是提升 TPE 耐磨性的高效手段,需兼顧輕量化與分散性。納米無機填料增強利用小尺寸效應提升表面硬度,添加 5%~10% 納米二氧化硅(粒徑 50~100nm)或納米氧化鋁,通過偶聯(lián)劑(如硅烷偶聯(lián)劑 KH550)處理改善與 TPE 基體的界面結合力,材料表面硬度可提高 20%~30%,Taber 耐磨測試(CS-10 砂輪,1kg 載荷)的質量損失從 15mg/1000 轉降至 8mg/1000 轉以下。納米填料需均勻分散,避免團聚形成應力集中點加速磨損。
纖維增強提升整體抗磨損能力,短切玻璃纖維(長度 0.5~1mm,添加量 10%~15%)或碳纖維可顯著增強 TPE 的抗撕裂和抗疲勞磨損性能,尤其適合承受沖擊摩擦的部件(如底盤緩沖塊),但需控制纖維取向以避免 anisotropy 導致的局部磨損不均;芳綸纖維(添加量 5%~8%)兼具高強度與耐溫性,在發(fā)動機周邊高溫摩擦部件中應用,可在 120℃環(huán)境下保持耐磨性能穩(wěn)定。
彈性體共混改善摩擦韌性,將 TPE 與少量高耐磨彈性體(如丁腈橡膠 NBR、氯丁橡膠 CR,添加量 10%~15%)共混,利用彈性體的高彈性吸收摩擦能量,減少磨粒磨損和粘著磨損,適合密封件等與金屬表面接觸的部件,可降低因表面粗糙導致的刮擦損耗。
結構設計與表面改性:減少摩擦接觸損耗
通過部件結構優(yōu)化和表面處理可降低實際使用中的磨損速率。優(yōu)化摩擦接觸面設計減少應力集中,將動態(tài)部件的摩擦接觸面設計為弧形或圓角過渡,避免尖銳邊緣導致的局部高壓磨損;在座椅滑塊、導軌等部件表面開設微凹槽儲油結構,配合 TPE 材料的自潤滑性形成油膜潤滑,摩擦系數(shù)可降低 40%~50%,同時減少輕量化部件的裝配精度要求。
表面涂層強化耐磨表層,對 TPE 部件進行等離子體處理或涂覆耐磨涂層(如聚脲涂層、陶瓷涂層),形成厚度 5~20μm 的高硬度表層(硬度≥HRC 30),表層與基體結合強度≥5MPa,可顯著提升表面抗刮擦和抗磨粒磨損能力,尤其適合儀表板、方向盤等裝飾性部件,耐刮擦等級可從 2H 提升至 4H 以上。
仿生結構設計模擬減磨特性,借鑒自然界耐磨生物結構(如鯊魚皮紋理),在 TPE 部件表面加工微米級凸凹紋理(尺寸 50~100μm),減少實際接觸面積的同時利用空氣膜降低摩擦阻力,雨刮器刮水條采用此類設計后,磨損均勻性提升,使用壽命延長至傳統(tǒng)結構的 1.5 倍以上。
加工工藝優(yōu)化:保障耐磨性能一致性
加工過程的精準控制是實現(xiàn)穩(wěn)定耐磨性能的關鍵??刂瞥尚蜏囟扰c壓力減少內部缺陷,注塑成型時將熔體溫度控制在 200℃~230℃(根據(jù) TPE 類型調整),保壓壓力提高 10%~15%,減少部件內部氣泡和縮孔,避免摩擦時因缺陷導致的局部快速磨損;擠出成型時優(yōu)化螺桿轉速(30~50rpm)和牽引速度匹配,確保材料密度均勻,截面尺寸偏差≤0.1mm,保證摩擦接觸的穩(wěn)定性。
后處理工藝提升表面質量,對 TPE 部件進行退火處理(60℃~80℃,2~4 小時)消除內應力,減少摩擦過程中的應力松弛導致的尺寸變化;通過表面拋光降低粗糙度(Ra≤0.8μm),減少與接觸表面的磨粒磨損,尤其對雨刮器、密封件等要求高的部件,可顯著降低初始磨損速率。
廢料回收控制確保性能穩(wěn)定,回收料摻入比例需≤20%,且需經(jīng)過篩選去除雜質和過度降解的材料,通過雙螺桿擠出機充分熔融共混保證分散均勻,避免回收料中的異物成為磨粒磨損的源頭。
通過以上多維度措施協(xié)同作用,可使汽車輕量化 TPE 部件的耐磨壽命提升 50%~100%,滿足雨刮器、座椅調節(jié)系統(tǒng)、密封件等關鍵部件的長期使用需求,同時保持 TPE 材料的輕量化優(yōu)勢和加工經(jīng)濟性。
PS:
深圳久爍塑膠科技有限公司,(中國TPE/TPR材料制造商)成立于2002年,是一家率先研發(fā)生產(chǎn)超軟膠TPE、仿硅膠TPE、虛擬肌膚TPE、仿生TPE材料的TPE企業(yè),以成人用品市場類用原材料為主行業(yè),產(chǎn)品從1個0到10個0硬度的親膚TPE材料研發(fā)生產(chǎn),截至目前已有著20多年的超軟TPE材料生產(chǎn)研發(fā)經(jīng)驗。
旗下生產(chǎn)基地(廣東炫麗新材料科技有限公司)坐落于江門恩平,占地45畝30000平,自建花園式工業(yè)園廠房,年產(chǎn)能30000噸,擁有12條現(xiàn)代化雙螺桿擠出機生產(chǎn)線。我們致力于研究和開發(fā)新型高分子材料,是一家專門從事研究、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售以客戶為導向的橡塑材料創(chuàng)新型企業(yè)。
我們的核心技術來自德國,我們已經(jīng)建立了超過40名工程師的技術服務團隊。我們通過了IS09001:201認證,已經(jīng)注冊了自己的品牌,按國內和國外市場銷售的劃分,分別命名為久爍科技和Gainshine。在2023年,我們申請并獲得了93項國家專利;4項發(fā)明專利,通過了知識產(chǎn)權管理體系認證,成為一家名副其實的創(chuàng)新型企業(yè)。
業(yè)務覆蓋全球范圍,尤其是東南亞和美洲的銷售渠道成熟。為全球市場提供高質量、優(yōu)異的性價比和住價值的TPE材料。如有對此材料有興趣的請咨詢:13798223311,謝小姐
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