应用于乘客侧安全气囊盖板上的TPE材料的性能研究

娄俊伟

摘 要：文章研究了应用于安全气囊盖板的TPE材料在不同温度条件下、不同应变率下的力学性能，同时研究了注塑加工工艺和取向性对该材料性能的影响。汽车被动安全是整车安全的重要组成部分，对汽车性能、价格以及汽车产品在消费者中的竞争力有着重要的影响。关键词：气囊盖板;TPE 材料;应变率;注塑工艺;取向性中图分类号：U445  文献标识码：B  文章编号：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

安全气囊作为一种被动安全装置，在车辆发生碰撞时，安全气囊的气袋会快速充气，在乘员与汽车内饰件中间，形成一道缓冲与吸能的屏障，从而达到保护乘员的效果。

本论文选取目前气囊盖板常用的Mitsubishi Chemical 生产、牌号为TT850N的TPE材料为对象，研究该材料在不同温度、不同应变率条件下的力学性能，同时，研究注塑成型工艺及取向性对产品力学性能的影响。

1 TPE力学性能研究

1.1 TPE材料在不同温度条件下的力学性能

由于车辆的使用环境涵盖常温、低温和高温等不同温度环境，因此研究气囊盖板TPE材料在不同温度条件下的力学性能，具有重要的意义。

以ISO 37 type 3样条，分别在23℃，-35℃和85℃条件下，按照表1实验参数，进行拉伸实验，拉伸强度-延伸率曲线如下图1所示：

从图1可以看出：

（1）TPE材料的拉伸强度、断裂延伸性受温度影响显著：随着温度的增加，拉伸强度逐渐下降，而延伸性逐渐增加;

（2）即使在-35℃低温条件下，该TPE材料仍可达到约500%的断裂延伸率，表现出优良的低温韧性。

延伸率曲线图

1.2 不同应变率下的力学性能

应变率是材料相对于时间的应变（变形）能力，是材料科学和连续力学的概念。以单向拉伸实验为例：

从上述公式（2）可以看出：应变率是速度与原始长度的比值。

根据材料的测试时间和应变率范围，可分为蠕变、准静态、冲击和爆炸这四个梯度。汽车碰撞，主要处于“冲击”应变率范围。因此，根据材料的应用情况，需要研究TPE材料在不同应变率下的力学性能，研究其应变率效应。本论文按照表2的测试方法，分别测试TPE材料在0.01s-1、1s-1和100 s-1这三个应变率下的拉伸性能。

从图2可以看出：随着应变率的增加，TPE材料的拉伸屈服強度显著增加，断裂延伸率显著减小，呈现显著的应变率效应。

2 注塑成型工艺及取向性对产品力学性能的影响

2.1 注塑成型工艺对产品力学性能的影响

由于TPE材料具有较好的流动性，易注塑成型，生产效率高，因此TPE材质的气囊盖板一般采用注塑工艺成型。本论文研究注塑工艺中的浇口尺寸、保压时间对TPE材料性能的影响，同时研究材料注塑过程中的材料取向性对其性能的影响。

注塑机台：海天538T注塑机;

注塑模具：500mm*300mm平板模具，壁厚：3mm;

材料：Mitsubishi Chemical 生产、牌号为TT850N的TPE材料。

注塑工艺参数如下表3 所示，在保持注塑压力、保压压力、注射速度、热流道温度等参数不变的情况下，采用方案1和方案2 两种注塑工艺参数，研究浇口尺寸和保压压力对产品性能的影响。

采用如下表4的测试参数，进行拉伸实验，测试方案1和方案2两种注塑工艺参数，对TPE材料的性能影响。

从图3 可看出：两种不同的注塑工艺方案：

（1）TPE 产品的拉伸断裂强度，无显著的变化;

（2）TPE产品的拉伸断裂延伸率，呈现显著的差异：延长TPE材料的保压时间、增加进胶口尺寸，可以显著提升TPE产品的断裂延伸率。

为从微观上分析不同注塑工艺的差异性，对上述方案1 和方案2两种状态的TPE产品，进行超薄切片后的断面微观形态观测，两种注塑工艺的TPE产品，在断面上，均呈现皮层-中间层-芯层结构。断裂延伸性优的TPE产品（注塑方案1），皮层厚度厚于断裂延伸性低的TPE 产品（注塑方案2）。

2.2 取向性对产品性能的影响

为研究注塑成型的TPE产品，是否呈现显著的取向性，采用上述方案1的注塑工艺参数，在产品的相同位置，分别沿MD（平行于流动方向）和CD方向（垂直于流动方向），取标准样条，按如下表5，进行拉伸测试，结果如图4所示。

从图4可以看出：

（1）MD方向和CD方向，TPE 产品的拉伸断裂强度，无显著差异;

（2）TPE产品的拉伸断裂延伸率，呈现显著的差异：CD方向的延伸率，高于MD方向的延伸率。

为从微观上分析TPE材料在不同方向上的性能差异，对上述MD方向 和CD方向的TPE注塑成型产品，进行超薄切片后的断面微观形态观测。MD方向，TPE 呈现显著的取向性，而CD方向，材料的取向性不显著。

3 小结

本论文以应用于气囊门盖板上的TPE材料为研究对象， 研究了该材料在不同温度下的拉伸性能，结果显示该材料的拉伸性能受温度影响显著：随温度的降低，拉伸强度逐渐增大，而延伸性逐渐减小，但在低温条件下，该材料仍呈现优异的韧性;同时，该材料应变率效应显著：随着应变率的增加，拉伸屈服强度逐渐增加，而断裂延伸率逐渐降低。本论文同时研究了注塑加工工艺对产品性能的影响。研究结果显示：适当增加进胶口尺寸和保压时间，可以提升产品的拉伸延伸性，而其强度影响甚微;TPE注塑产品在不同方向上呈现显著的差异性：流动方向，取向性显著，而垂直于流动方向，取向性不显著。

参考文献

[1] 陈瑶，黄俊，吴璧耀.PP/EPDM复合材料性能研究[J].弹性体，2008， 18（05）：47-50.