新型环保XPE空调风管

常秀娟　闫达　冷栋梁　陈丁猛

摘 要：本文详细介绍了新型环保XPE汽车空调风管的制备方法以及成型工艺，对XPE空调风管与传统PP风管在性能上做了详细的比较，XPE空调风管具有轻量化、降噪、隔热、安装方便等优点，具有较大的应用潜力。

关键词：XPE;空调风管;轻量化

截止到2017年底，我国汽车保有量接近2.2亿辆，降低能耗已刻不容缓。国家因此制定发展规划，到2025年，汽车能耗要求从目前的8.6 L/百公里降低到5L/百公里，汽车轻量化是降低能耗最有效果的方法之一。实现轻量化，降低能源消耗成为国内汽车行业的主要研究方向。

XPE是化学交联发泡聚乙烯，利用发泡方法降低PE密度，实现轻量化，同时通过交联将其力学性能、耐腐蚀性能、耐环境压力开裂性能、耐热性能等综合性能得以显著提高。本文将XPE应用在汽车空调机通风管路上，发现可以大大改善空调的性能，在轻量化、隔音降噪、保温和装配等方面有着较大的优势，还可以有效去除传统聚丙烯材质通风管中的铜等有害物质和异味，因此XPE材料替代传统的聚丙烯塑料在汽车空调风管领域有较大的应用潜力。

1 实验部分

1.1 原料

LDPE，中国石化燕山石化公司，密度：0.923g/cm3，熔体流动速率（MFR）：0.8g/10min;AC发泡剂，江苏索普化工股份有限公司，平均粒径（Dn）≤8μm～10μm;过氧化二异丙苯（DCP）， 阿克苏诺贝尔;阻燃剂，济南晨旭化工有限公司;抗氧剂1010，工业级;色母粒，宁波色母粒有限公司。

1.2 生产设备

开炼机、密炼机，上海橡胶机械厂;高速混合机，张家港市华美塑料机械有限公司;单螺杆挤出机、发泡炉、成型机，自制。

1.3 制备工艺

1.3.1 发泡工艺

发泡剂、交联剂、阻燃剂和抗氧剂均为粉末，首先将上述四种粉末分别按照一定比例与LDPE混合后通过密炼机、开炼机等设备，分别制成四种母料颗粒，干燥后备用。将LDPE颗粒（100重量份），发泡剂母料颗粒（100重量份）、交联剂母料颗粒（30重量份）、阻燃剂母料颗粒（10重量份）、抗氧剂母料颗粒（10重量份）和色母颗粒（5重量份）投入高速混合机，混合均匀后通过喂料系统加入到挤出机中，挤出机温度为110-120℃、模具温度为120-125℃，经挤出压延制得挤出母片，随后将母片投入发泡炉中，发泡温度为210-230℃，得到密度为90kg/m3的XPE片材卷材，备用。

1.3.2 吸塑成型工艺

将上述XPE片材裁切成900mm×600mm的片材，通过传送带带入成型机，成型机加热温度为160℃，滞留时间1-2min，公母模上同时放置XPE片材各1片，加热后真空吸塑，吸塑结束后公母模合模成型，将成型片材热粘合在一起，成型后产品自动脱模，采用高压水切割裁切掉多余部分，制得最终产品。

1.4 性能测试

密度测试：参照Gb/T6343-2009执行;冷凝实验：测试环境温度30℃、湿度80%，将4℃左右的冷风从空调吹入至风管，分别在12分钟、20分钟后，记录产品的冷凝情况。试验过程如图1所示。噪音测试：参照GB/Z27764-2011测试标准执行。

2 结果与讨论

2.1 轻量化

XPE汽车空调风管采用的XPE的密度在90kg/m3左右，仅为PP的1/10。在考虑到结构强度并满足设计要求的情况下，XPE空调风管产品厚度选用4mm，而目前常用的PP风管厚度为2mm。从表1中可以看出，尽管两种产品厚度不同，但在风管整体重量上，XPE风管仅重85g，而PP风管重290g，减重70%以上。使用XPE空调风管能够起到车身轻量化的作用，从而降低油耗、减少排放、减轻环境压力的效果。

2.2 隔吸音

泡沫材料凭借其泡孔结构和表面粗糙度，能够有效地消耗声能，将声能高效转换为他形的能量，具有优良的隔吸音性能。目前无法对PP风管进行吸音效果测试，图2为XPE风管的隔声量与频率之间的关系图。如图所示，XPE风管在不同频率下均能起到一定的隔音降噪效果，这是由于XPE风管内表面有大量的泡孔，表面较为粗糙，风声在传递的过程中发生散射现象，驻波能量被阻尼，使出风口的噪音降低。隔音量几乎是随着频率增大而增大，在200-1000Hz频率段，XPE产品的隔音量随频率增长缓慢增加，在大于1000Hz频率段，隔音量则随之快速增长，分析原因可能是由于低频噪音具有更大的波长，更易绕过隔音屏障，造成了这种现象。

但是与PP风管40dB的隔音效果相比，XPE风管的隔音性能还有欠缺，这是因为产品密度对隔音的影响非常大，密度越大，隔音效果越好，XPE较PP密度小，隔音性能不如PP，而XPE的泡孔结构会使吸音效果较PP风管要好，因此综合认定，隔吸音性能上，XPE风管在可接受范围内。

2.3 保温

XPE类材料在汽车上的应用始于其导热性能，起初就被广泛应用于隔音隔热垫等部件。XPE材料的导热系数≤0.037W/m·K，而PP片材的导热系数≤0.26W/m·K，保温效果明显。

4℃的冷空气分别通过XPE产品和PP产品，实验结果如表2所示，PP风管中心部位空气温度为7.1℃，而边缘空气为10.5℃，与入口处温差为3℃左右，边缘空气温差达6.5℃左右，保温效果差，风管中心温度也降到了20℃，12分钟后就出现严重的冷凝，且出口处外部已滴水，如图3所示。而XPE风管入口处与中心出口温差为2.0℃，与边缘的温差为3.5℃，保温效果好，同时，风管中心和边缘温度接近，为24.5℃左右，与环境温差小，20min后，管外部中心部位和出口处也仅有轻微的冷凝现象。能够清晰的看出XPE产品管的隔热及防冷凝效果比PP产品的效果好很多。

2.4 装配

XPE为软质材料，风管在装配过程中可小幅度弯曲，如图4所示，安装灵活，设计空间大，安装方便快捷，可以优化装配顺序和过程，减少装配时间。PP风管不能弯折，对装配尺寸和顺序要求比较严格。

3 结论

选用XPE汽车空调风管取代传统的PP空调风管，不仅可以降低整车质量，起到轻量化、减低燃油排放的作用，还具有优良的隔热保温和隔吸音等优点，装配过程中可小幅度变形，大大节省了装配时间。综上所述，XPE汽车空调风管在汽车行业中有较大的应用潜力。

参考文献：

[1]鞠晓峰，陈昌明，吴宪.现代汽车轻量化技术[J].上海汽车，2006（09）：31-33.

[2]馮美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程，2006，28（3）：213-220.

[3]刘新民，崔涛，李琳.交联聚乙烯的应用及技术进展[J].合成树脂及塑料，2003，20（5）：52-55.

[4]邱卫东.化学交联聚乙烯发泡材质的汽车空调通风管[P].中国：2015202707996，2015.

[5]欧永杰.吸塑成型在客车上的应用[J].商用汽车杂志，2006，01：104-105.

[6]高斌，吴百中.基于新型免涂装复合塑料板材的吸塑成型汽车零件技术[J].轻工机械，2009，27（3）：84-90.

[7]蔡家伟，刘素芳.PPMA塑料板在降低城市道路噪音中的应用[J].塑料工业，2017，45（11）：121-124.