热塑性弹性体TPV结构、性能及在汽车行业的应用

1.热塑性硫化胶(TPV)的结构及性能特点

热塑性硫化胶（Thermoplastic vulcanizate，TPV）是采用动态全硫化技术制备的一类共混型热塑性弹性体材料，其中动态全硫化是指首先将热塑性树脂与橡胶熔融共混，然后投入交联剂，橡胶相在强烈的机械剪切作用和交联剂的化学交联作用下，被剪切破碎成大量微米级交联橡胶颗粒，分散在热塑性树脂连续相基体中的过程。因此，TPV的结构特征不同于高分子合成方法制备的热塑性弹性体（如苯乙烯嵌段共聚型TPE），而是具有特殊的海-岛相态结构，其结构如图1和图2所示。其结构具有以下特点：（1）橡胶粒子粒径为1~2μm，橡胶粒子的交联密度大于7×10-5mol/ml，粒子内部还含有填充增强剂、增塑剂和其他配合剂。这些数目众多的细小交联橡胶粒子呈分散相存在，且粒子之间应没有化学键接，从而赋予了TPV优良的高弹性。（2）少量的塑料相包覆在交联橡胶粒子周围形成连续相(如下图），从而赋予了TPV优良的热塑流动性和可反复加工性。

TPV结构示意图

上述的特殊海-岛相态结构决定了TPV材料具有优良的综合性能，使其成为传统热固性橡胶的一种理想替代材料。与传统热固性橡胶相比，TPV不仅具有热固性橡胶的高弹性和使用性能，而且，打破了热固性橡胶的成型方法和回收方法，可采用塑料的各种成型方法进行成型价格，且可以方便地进行回收再利用。TPV的性能特点总结如下：（1）兼具热塑性塑料加工便利性和热固性橡胶的高弹性；（2）免硫化，制品成型工艺简单，大大降低了能耗；（3）性能范围宽广，硬度范围从邵氏25A~50D，应用温度范围从-60℃~140℃。低硬度TPV（邵氏A95以下）性能更接近于橡胶，高硬度TPV（邵氏A95以上）性能更接近于韧性塑料；（4）材料可反复回收利用，大大节约了资源，保护了环境；（5）同物理交联型TPE（如SBS）相比，TPV中的橡胶相属于化学交联，因此TPV具有优良的耐热性能和耐老化性能。

2.热塑性硫化胶(TPV)在汽车系统的应用

2.1 通用型TPV在汽车系统的应用

TPV的最大应用领域为汽车配件制造行业，汽车配件具有种类多、总量大的特点，而TPV可采用多种加工手段（如挤出、共挤出、注塑等）来满足不同制品的要求，目前得到广泛应用的主要为EPDM/PP TPV和NBR/PP TPV两大类。随着汽车向高性能（高速、安全、舒适、节能、环保）、长寿命及轻量化发展，汽车部件特别是汽车密封系统、发动机系统等采用TPV取代传统的热固性硫化胶的呼声越来越高。TPV在汽车密封系统的应用有挡风玻璃密封条、侧边反射镜的密封、遮阳篷的密封材料等；在汽车发动机系统的应用包括空气通风管、软管、防护罩、防震座垫、轴套等。在其他汽车部件的应用有刹车部件(皮碗、皮圈)和消音部件等。目前，在轿车应用领域，EPDM/PP TPV正以每年16%增长速度取代传统热固性橡胶。

通常，按照国际上通用的部件分类方法，TPV主要应用范围主要有如下几类： 耐候性密封件：包括动态密封件和静态密封件。动态密封件有车门密封、车窗玻璃密封、车灯密封及各种边角的特殊密封等；静态密封件有风挡玻璃密封、边窗密封、顶棚密封等。

车厢内部件：主要是轿车车厢内部的各种部件，有各种把手与手柄，如档位手柄、窗户摇柄、门把手等；插头、插座、托盘等。其最大的特殊要求是针对产品气味的，因为在车厢内对制件严格要求无味。另外在着色性能上也要求较高。由于制件形状的特殊性，多数车厢内部件是通过注塑生产的。

车辆外部件：外部件主要是指乘客车厢以外的部分所使用的弹性体制件，如油箱密封件，前扰流器、整流罩风门片、后视镜衬垫、车灯密封件、燃油进口盖、挡泥板等。因为大多是户外制件，所以一般对耐候性要求很高。

2.2 新型功能化TPV在汽车系统的应用

功能化TPV的开发进一步拓展了其在汽车系统领域的应用，也充分体现了TPV材料在汽车系统应用中的优势。目前，我们已成功开发了以下几类产品：

汽车玻璃导槽产品：该密封件主要在半动态状态下应用，即车窗关闭时密封唇处于抑制状态，而在车窗打开时这抑制状态得以释放直至下一次车窗关闭。该部件可采用刚性PP作为实心底部（便于装配）与柔软低摩擦覆涂的TPV密封唇进行共挤，制备具有较低滑动系数，无摩擦吱叫声，低硬度、外观漂亮且环保的滑槽涂覆产品。为确保汽车门上的玻璃窗能够顺滑地上下移动，必须在所有动态密封唇使用低摩擦涂层，目前主要采用的方案有：利用静电箱进行轴向纤维植绒；喷涂或共挤特种涂泥釉材料。特种涂泥釉材料（低摩擦、滑动涂覆级TPV）的开发显示，在提供优良的耐磨性的同时可以设计最低摩擦系数（COF）。TPV作为汽车密封新材料，还具有其它材料无法相媲美的特性，它可通过注塑的手段直接与硬质塑料结合在一起，大大节省了传统橡胶制品与硬质塑料粘胶接合时间和省装配时间，大大降低了生产成本。

TPV的水发泡技术：该技术被认为最具挑战性的取代应用技术，传统的汽车发泡零部件大多采用EPDM化学发泡。TPV水发泡的产品具有良好的表面光洁度、低吸水，而且可以在轻、软以及压力变形之间取得最佳效果，并可进行无折痕设计。产品主要有水发泡行李箱密封条、软发泡密封条、车门发泡海绵等。当然水发泡对设备的要求很高，价格也很贵。目前我们已经开发出化学发泡体系的TPV及其相应的配方体系和工艺，可以实现采用普通的单螺杆挤出发泡。