汽车轻量化给TPU带来新机遇

王方

新材料、化工、节能环保

  • 2019-07-05
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为了拓宽应用范围,可以在TPU合成过程中进行改性操作以改善其性能缺陷,改性已成为TPU的主要发展趋势。本文介绍了TPU的改性方法,分析了改性TPU在汽车领域的应用前景。

摘要:为了拓宽应用范围,可以在TPU合成过程中进行改性操作以改善其性能缺陷,改性已成为TPU的主要发展趋势。本文介绍了TPU的改性方法,分析了改性TPU在汽车领域的应用前景。

TPU(聚氨酯热塑性弹性体),又被称为聚氨酯橡胶,是一种由二异氰酸酯与二羟基或者多羟基化合物加聚后制得的分子链中含有较多氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的弹性聚合物材料。TPU材料硬度范围广、机械强度高、耐油性好、抗冲击性好、耐磨性好,因此被广泛应用于管材、鞋材、薄膜、线缆护套、手机套、合成革、汽车配件、滚轮、纺织涂层、胶粘剂、动物标签等。

TPU具有多种优良性能,但由于结构原因,也有很多缺陷,如耐热性差、耐压缩性差、耐候性差、加工过程中易粘模具等。不同的应用领域对TPU的性能具有不同的要求,因此在生产及应用过程中需要对TPU进行改性以满足不同领域的性能要求。

TPU的改性方法简介

TPU的加工可采用注塑、吹塑、挤出、压延等多种成型方式,而成型性主要受聚合物的流动性影响,熔融温度(tm)、玻璃化转变温度(Tg)、结晶性和分子量等都是影响流动性的重要因素,因此TPU生产过程的第一步是先提高其流动性。

1. 改进流动性

改进流动性的方法包括加入催化剂、链终止剂、润滑剂或者是与其他热塑性材料共混等:加入催化剂:合成TPU的过程中加入催化剂,可以加快反应速度且能降低结晶性,还可使熔体的流动性得到改善;加入链终止剂可以控制TPU的分子量,降低其凝胶含量和熔融粘度;加入润滑剂可以降低剪切生热,增加挤出速率和降低粘连,降低转矩和物料压力,不粘辊且宜脱模,熔体的加工性和流通性从而得到改善;将TPU与PVC(聚氯乙烯)、POM(聚甲醛)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)和丁腈橡胶等热塑性塑料共混,能够改善加工性和流动性,操作过程简单经济。

2. 改进耐候性

改进耐候性的方法主要有添加抗氧剂和光稳定剂,抗氧剂能够防止加工过程中聚合物发生热氧化降解;光稳定剂能够吸收或者屏蔽紫外线的能量,减缓或者排除掉聚合物的光化学反应,从而延迟或阻止材料的光老化过程,延长产品的使用寿命。

3. 改进阻燃性

TPU具有易燃性,作为电缆护套材料如直接应用容易引起火灾,需添加阻燃剂以提高其阻燃性能。阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂两种,有机阻燃剂一般含有卤、磷等元素,如TCPP、TCEP或者DMPP等;无机阻燃剂多含有锌、铝、硼、锑等元素,如氧化锌、水和氧化铝、氢氧化铝、硼酸盐等。TPU改性一般用无卤阻燃剂。

4. 改进耐水性

TPU加工过程中主要通过改变聚酯结构和添加水解稳定剂来改进耐水性。改变聚酯结构包括增加聚酯碳链的长度、引入聚醚机构、以己二酸和苯甲二酸为原料合成、控制合成时的酸值在0.1以下等;水稳定剂一般为碳化二亚胺类化合物。

TPU经过改性复合能够明显提升材料性能,应用领域更加广泛,是TPU发展的主要方向之一。

改性TPU在汽车领域的具体应用

TPU可通过复合改性制成TPU/PC塑料合金、TPU/PP塑料合金、TPU/PA6塑料合金、TPU/PVC塑料合金、TPU长纤维复合材料等(见表1),用于汽车仪表盘、地板、内外饰、前端和车门、保险杠、车身底部护件等部位。在汽车轻量化设计方面TPU也具有较强的竞争优势,未来TPU在汽车部件领域用范围将逐步扩大,是值得汽车生产企业关注的投资方向。

表1 改性TPU在汽车领域的应用形式

(资料来源:公开资料整理)

汽车轻量化发展趋势将给TPU带来新机遇

近几年汽车工业持续发展并进入轻量化时代,塑料及其复合材料成为了最重要的汽车轻量化材料之一,他们能减轻汽车约40%重量,还能够降低约40%的成本。而且人们的环保意识也在逐渐加强,寻找节能环保且能够提高汽车安全性的新材料成为汽车工业的重要研究方向之一,TPU是一种环保型高分子材料,以其所具有的优异的耐热性、耐油性、抗冲击性、可防噪音等特点,受到了汽车行业的广泛关注,占据着汽车用塑料市场最大的市场份额。

全球来看,欧美地区的TPU产业起步早,技术相对较为成熟,产品广泛的应用于高端领域,目前在汽车上的应用占比已达到16%。国内汽车产量增速明显高于全球水平,但单车TPU用量远低于发达国家,TPU在汽车上的应用发展空间较大,尤其是新能源汽车这两年保持快速发展,拉动了汽车轻量化材料的消费需求,给TPU材料带来新的发展机遇。

结语

TPU材料具有一些性能缺陷,为了满足不同领域的性能要求,在TPU生产过程中需对其进行改性,改进方法主要有加入添加剂和与其他材料共混;TPU经过改性复合可以用于汽车配件制造,是重要的汽车轻量化材料,汽车轻量化发展趋势给TPU带来新的机遇。


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