TPE汽车塑料件成型加工技术的可持续发展

TPE作为一种节能环保的新型材料，在汽车行业得到了越来越广泛的应用。其成型加工技术的开发与改进，有助于汽车实现减重目标，达到日趋严格的燃油经济性标准。

TPE是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料，具有橡胶与塑料的双重性能和宽广的特性，还可代替橡胶大量用在PVC、PE、PP、PS等通用热塑性树脂甚至PU、PA、CA等工程塑料的改性上面，使塑料工业也出现了崭新的局面。汽车应用是TPE【包括TPV、TPU、TPEE、SEBS、SBS、TPO以及SEBS、SBS共混改性的热塑性弹性体（TPS)等】最大的终端市场，占总需求量的近三分之一。TPE兼有橡胶的优良弹性和热塑性塑料的易加工性、抗冲击性、耐蠕变，使用温度范围宽，而且硬度可调，耐油、耐化学药品和溶剂侵蚀。受汽车轻量化发展及全球汽车燃油经济性标准趋严的影响，TPE成为了延续和提升汽车减重和提高燃油经济性趋势的绿色化水准的新材料，甚至取代传统的橡胶弹性体。作为全球最大的TPE消费国，中国将继续保持8%以上的年增长率。

各种各样的热塑性弹性体的不同的性能使得TPE具有很大的应用及发展空间：例如AEM-TPV和TPSiV具有很高的耐油性能，使用温度也能达到很多的工程应用领域的要求，应用在汽车引擎密封盖、保护靴及软管等领域；硬度较低并且具有很强的抗弯曲性能的COPEs可以用来生产抗弯曲强度要求较高的汽车内饰件部件；低硬度的茂金属热塑性聚烯烃弹性体、POE以及半硬度的POP等使得汽车内饰材料又多了挑战性的选择。TPE成型加工技术的科学发展，可提高TPE制品的功能机性能，拓展汽车领域的应用范围，实现汽车节能、环保和安全的“现实需求”及“潜在需求”的科技水准的可持续发展。汽车应用是TPE最大的终端市场，占总需求量的近三分之一。

复合型TPE制品成型加工技术科学发展

TPE制品的成本受到几个因素的影响，包括加工过程中的经济性以及原材料价格等。复合型TPE制品是实现其市场化的性价比的发展方向。TPE价格昂贵，整体型TPE制品难以为市场接受，复合型TPE制品既提高了原橡、塑制品的绿色化性能，又减少了TPE的用量，减轻了市场的价格压力，易为市场接受。适应复合型TPE制品的TPE及其成型加工技术是TPE全套解决方案的发展方向。使TPE与塑料/橡胶良好地粘合，按照化学上的相似相容原理，要有相接近的极性，才能发生分子链层级的熔合，所以必须对TPE改性。美国材料生产商Elastocon TPE Technologies公司推出一款新型热塑性弹性体STK，涵盖注射成型、挤出成型、热塑成型和吹塑成型，与传统TPE级别相比，它具有更高的粘合性和更好的拉伸强度。由于使用了特殊粘合促进工艺，它可以更好地粘附在材料上，并适用于包覆成型。

双组分注塑成型加工技术。通过双组分注塑的包覆成型技术，将热塑性弹性体TPE与刚性基材复合，不仅可以使制品表面充满柔感，还可以增加产品功能性与附加值，如减噪、减震、防水、防撞、防滑、舒适感等。模具是整项技术的灵魂。模具通过转动移位，达到同步注塑不同物料的效果。恩格尔的无拉杆多组分注塑机，适应多组分模具大而注塑件表面较小的情况，所需锁模力也相对较小，模具可以超越模板安装边缘，因而即使模具较大,也可以使用较小的机型以节省成本与能源，在TPE多组分汽车零件注塑成型加工中得到广泛应用。传统的单一塑料组成的操纵件，触感性及后装饰性能差。双组分成型加工技术的发展，实现在传统塑料操纵件表面注塑一层包裹的TPE，发挥TPE制品表面触感性和TPE制品表面着色性极佳的两项性能，制品成型后可为用户实现个性化的装饰图案，具有对个性化需求欲望超强的客户的吸引力。KRAIBURG 新开发的两个TPE系列，与PP、ABS、PC/PBT进行双组分注塑成型操纵件，发挥了表层TPE抵抗日常使用产生的一切影响的性能，如手汗、酒精、紫外线、天气原因带来的影响，同时可满足对色彩的期望。

多层无粘复合加工技术。多层无粘复合加工，由于省却了粘结剂，实现了清洁、节能复合。TPE膜具有优异防泼水功能、超强任韧性，不含任何有害身心健康气味及重金属，不滋生细菌，营造健康绿色环境，很适宜做环保背胶面料。TPE复合膜具有超强的剥离强度。长期以来车内软装饰件为软质PVC，虽然在PVC料的增塑剂的环保性能方面做了大量的研究和应用，但只能减少而不能杜绝有害物质的排放、迁徙，装饰件的环保性能成为长期困扰的问题。以可热粘结的普通软质塑料材为基体与TPE薄膜实现无粘结剂的复合，降低成本，装饰件达到绿色化的性价比。复合汽车脚垫，表层为TPE，采用高温复合，不用胶水粘连，避免胶水中的甲醛对人体的伤害，真正做好了绿色环保，提高车内空气的质量。

复合型背部注塑加工技术。实现汽车零件的干漆膜化，杜绝汽车零件由于涂装而产生的有害物质的排放。注塑机的移模位置的控制精度的提高，机械手的应用，使背部注塑技术得以实现及推广应用。背部注塑把TPE薄膜热压成型为零件的形状，放到注塑模具里，模具合紧后，在它的背面注塑熔融的物料，使两者结合为一体，特别适合于像保险杠面板那样较复杂零件。注塑成型的制品，不需要涂装，符合汽车免喷涂化的发展。免喷涂不仅可以大幅降低成本，而且可以减少喷漆过程造成的环境污染。

橡塑复合挤出加工技术。橡塑复合连续精密挤出的发展，实现控制外层TPE达到最佳状态和完满的圆周及侧向材料分布，内芯、内层、主体能不受材料分布的影响而加工变化广泛的EPDM。橡塑复合密封条，内芯为橡胶、包裹外层为TPE，有两种制造工艺：（1）橡塑复合连续挤出，在复合机头、口模处实现共挤包覆。复合机头需有多处控温又互不干扰，以适应TPE与橡胶的挤出温度相差很大的工艺要求，而此时为抗衡橡胶密封条在微波和热空气硫化槽中的硫化温度，使TPE材料性能不变，需采用特殊的耐高温的TPE材料。（2）在橡胶密封条硫化后，一边挤出TPE薄膜，一边在高温下与密封条包覆。

无熔接缝TPE制品成型加工技术。实现了管件类、中空类TPE制品的无熔接缝成型加工，拓展了TPE制品的汽车应用领域。

注射中空加工技术。挤出中空件，不可避免存在影响制品强度性能的熔接缝，这对TPE制品的整体强度均一化十分不利。注射中空技术的发展，为TPE的中空制品在汽车上的应用开辟了发展方向。注射中空制品没有熔接缝，整体强度一致。例如，车用波纹中空件的注射中空，TPE熔融料注入模具，然后吹塑成型，切掉两端，没有熔接缝，使用寿命可达到50万次，大大高于橡胶类的10万次。

中空加工技术。3D中空技术是集挤出、吹塑、机械手、智能控制等现代科技为一体的高新技术。普通挤出管件成型为异型管件，都是直线管件成型后进行第二次加工，管件的外形、管壁强度等受到影响，而且不能加工各段内径相差大的异径管。普通中空异径中空件都为中空型坯吹塑而成，都存在结合熔接缝，影响制品强度，不能发挥TPE的性能。3D中空技术，型坯挤出后，被预吹涨并贴紧在一边模具壁上，挤出头或模具按成形编制的程序进行2轴或3轴的转动,当类似肠形的型坯充满模腔时，另一边模具闭合并包紧型坯，使之与后续的型坯分离，这时整个型坯被吹胀并贴紧在模腔的壁上成型，制品无熔接缝，可达到任意异型异径的技术要求，拓展TPE异型异径管的应用范围。异型尾气排气实现TPE材料化，提高耐寒耐高温的性能。宜中中南橡胶公司用NBR／PVC／氯醇橡胶三元共混的TPE制备耐油异型胶管，已用于汽车发动机的配件。

发泡TPE制品成型加工技术。发泡成型加工技术提高了TPE制品的轻量化、缓冲性、比强度的性能。

挤出发泡加工技术。TPE挤出发泡材料兼顾热塑性弹性体和发泡塑料所具有的优良特性，可以用作用可吸收冲击能量和震动能量的座椅、头枕等制品，提高乘坐的舒适性及减轻碰撞时对人体的伤害。TPE因熔体强度较差等原因难以被加工成发泡级产品，山东道恩北化弹性体材料有限公司采用环保无害配方体系，开发出了具有发泡均匀、细密、泡体强度高等特点的挤出发泡级TPE。北京化工大学冯刚和苑会林，研究了发泡剂的用量、成核剂的种类和用量、交联剂，以及加工参数、螺杆结构对挤出成型工艺制备TPE挤出发泡材料性能的影响，为实现TPE发泡制品的应用提供了科学技术。目前，TPE发泡材料在汽车上的应用还处于初始阶段，有待于应用开发，例如TPE发泡材料用作隔震垫片，能在高速的前提下，降低车轮及路面的动力效应，提高舒适、安全的性能。水发泡海绵状TPE在国外已研制成功，成为今后取代海绵橡胶制作汽车密封条的新趋向。

微孔注射加工技术。提高TPE制品的声学性能，实现内饰件的哑光化，有利于减少驾驶员的视觉疲劳及完善车与乘员的和谐性。MuCell微孔注射加工技术是近年科技创新的绿色化的环保新技术，不同于反应发泡，主要采用物理介质，如超临界CO2，成核气泡为微泡沫。微发泡部件较轻、残余压力较少，尺寸精度和尺寸稳定性卓越,材料消耗较少、成型周期也较短，应用于TPE制品，降低密度，提高了制品的吸收和衰减振动与噪声的能力。日本马自达汽车公司开发超临界流体（SCF）发泡技术与核心反向扩展成型工艺相结合，使汽车轻量化，减少对树脂的消费量，其节约增产率高达30%。

TPE成型加工设备科学发展。TPE成型加工设备可持续发展是TPE应用汽车领域全套解决方案的重要内涵。TPE成型加工设备科学方案的发展，有助于实现TPE汽车制品减量化、资源节约化、性价比科学化、废弃物资源化的低碳革命、低碳经济的可持续发展。

节能降耗实时性的温控系统科技发展，提高TPE成型加工质量及拓宽应用范围。热塑性弹性体的粘度随温度变化特别大，温控精度直接关系到制品的质量。传统的电阻丝加热是根据热传导原理，电阻丝加热件本体发热将热量传导给被加热件，温度控制精度低、实时性差。近年来应用高频电磁感应原理开发的电磁感应加热，交变磁场的磁力线通过金属材料时产生强大的涡流，导致金属材料自行快速发热，具有温控精度高、优异的节能、环保、实时的绿色化性能，保证了TPE成型加工的温控性能的需求。中国科学院自动化所研发的具有自主知识产权的三博电磁加热节能系统，提供加热改造、温度控制的完整解决方案，自带温度控制器和相关的控制算法，实现温度的精确控制，避免加热、冷却等设备之间的内耗。基于多变量模型预测控制技术的温度控制系统与电磁感应加热结合，对加热的各段温度实现很好的解耦，提高整个加热系统的控制精度。

智能化成型加工技术的发展，推动汽车TPE制品的可持续发展。TPE汽车制品向精密化、功能化的高科技方向发展，普通的成型加工技术越来越暴露出缺陷。实现智能化成型加工是满足TPE制品可持续发展的需要。智能化指以成型加工塑料制品的质量为目标，设备（生产线）具有感知、分析、推理、决策、控制功能的“人脑”智能，自动检测制品的质量、自动修正成型工艺参数、“智”适应成型加工环境，实现人为设定的预期目标，它是先进制造技术、信息技术、微电子技术、电子技术、网络技术、检测技术的集成和深度融合。注塑、挤出、吹塑等成型加工技术结合汽车TPE制品的特点，开发智能化成型加工技术，推动汽车TPE制品的可持续发展。广州联塑科技实业有限公司自主开发以挤出压力为控制对象，智能化控制挤出转速，提高挤出质量，有利于提高管道类TPE制品的质量及TPE原料的利用率。

高效节能的料斗干燥原料的新型加热系统。TPE粒料往往含有不同程度的水分、熔剂及其它易挥发的低分子物，特别是具有吸湿倾向的TPR含水量总是超过加工所允许的限度。因此，在加工前必须进行干燥处理，并测定含水量。在高温下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小时。传统干燥机节能发热元件是电热管及陶瓷红外线等耗电高、寿命短的加热元件。采用可调高效率热风元件，利用鼓风机将热分子吹送到需热干燥的塑料原料上，发热元件所产生的热量95%，由风扇的对流空气传达至被加热的物体上，节电可达30%以上。张家港市联达机械有限公司LDYW-200型红外线结晶除湿干燥系统，结晶、除湿、干燥三位一体一次完成，时间短、效率高、能耗低，几乎不破坏原料结构。百旺塑料设备（苏州）有限公司HR系列干燥机，采用独特的吸湿蜂巢转轮技术，确保更高的能源利用率。

高性能伺服电机动力驱动系统。交流伺服电机驱动无噪声污染、动态反映快、大幅度节能，同比三相异步电机驱动的能耗可节能30%～60%，实现了节能环保；同比直流伺服电机具有更小的体积及更优的性价比，被称为绿色驱动技术，已成为绿色化动力驱动的标志。BEKUM新一代的EBLOW-XO7系列中空成型机采用全电动驱动，位置精度0.01mm，缩短成型加工周期15%，节能50%。伺服电机的挤出驱动，技术塑化转速的精密控制，更有利于塑化剪切需严格控制的TPE的要求，提高塑化质量，直接提高和温度制品的力学性能。伺服电机直接驱动TPE注塑机的合模部件，达到精密控制移模行程及定位精度，有利于TPE膜的模内装饰的复合成型。伺服电机驱动的膜厚测量系统，可节约TPE原材料约5%，既降低成本又提高质量。

高动态反映的阀控伺服注射系统。TPE不同于普通塑料的注射性能，充满流道系统的最佳时间为0.5～1.5 秒。普通的液压注射系统及伺服电机驱动的注射系统的动态性能难以达到。普通开关阀动态反映时间需约250ms，不可能实现瞬时高速注射，唯伺服阀控制系统才能达到。阀控伺服系统由电液伺服阀和执行机构构成闭环控制系统，瞬时高速注射时间在0.5s时间内完成，注射速度可达300mm/s，实现双组分的TPE薄壁包覆制品的成型加工。

总结

TPE的耐热性不如橡胶，随着温度上升而物性下降幅度较大，因而适用范围受到限制。同时，压缩变形、弹回性、耐久性等同橡胶相比较差，价格上也往往高于同类的橡胶。但总的说来，TPE的优点仍十分突出，而缺点则在不断改进之中，它作为一种节能环保的新型原料，发展前景十分看好。TPE成型加工技术的科学发展，使得其在汽车上的应用越来越广。