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[复合材料] 新型汽车材料:带来减重,成本和性能的全面飞跃

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发表于 2015-11-16 09:42:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
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如今,汽车行业正全力追求减重、成本效益和性能的完美结合,而埃克森美孚化工山都平 TPV在汽车中的每一项应用,都能为客户带来这样的多重惊喜。
        减轻进气管的重量
        为生产新款MD、RB和UB车型的短进气管,韩国汽车制造商现代公司正寻求一种重量更轻、能效更高的材料解决方案。该材料必须具备工程进气系统应用的成熟性能,满足长期使用的密封要求,并符合NVH(噪声、振动与声振粗糙度)标准。经探索和验证,现代公司选择了埃克森美孚化工山都平热塑性硫化弹性体 (TPV),该材料不仅满足了长期密封要求,还能在生产过程中降低能耗,实现回收利用。
        1.轻量化解决方案
        在短进气管应用中,山都平 TPV比许多传统材料更轻,如NBR/PVC(丁腈橡胶加聚氯乙烯)、CR(聚氯丁二烯)、ECO(氯丙橡校)、CPE(氯化聚乙烯橡胶)和EPDM(三元乙丙)橡胶。现代公司使用的短进气管由韩国一级供应商Leehan通过注塑成型制造,此加工过程采用了经过优化的传统橡胶模具设计。
        Leehan代表H.C. Lee说:“山都平 TPV为汽车减重带来了机遇,结合其他减重设计,该材料解决方案可帮助我们提高燃油效率。例如,使用山都平 TPV生产的进气管比同款热固性橡胶产品轻20% ~30%。
        ”
       

新型汽车材料:带来减重,成本和性能的全面飞跃

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        2.能耗更低
        在生产过程中,相比进气系统采用的其他传统材料,山都平 TPV能耗更低。使用此材料生产进气管时,由于无需热硫化,且加工周期仅为1~1.5min,因此,与EPDM橡胶混料相比,其能耗可降低50%。而EPDM橡胶需要硫化,加工周期通常为4min。
        3.简化生产工艺
        采用山都平 TPV注塑成型的进气管可通过热板焊接连接到聚丙烯谐振器和管道上,从而简化了进气系统组件的生产工艺。这一工艺无需卡箍,减少了所需的零件数和人工。不仅如此,在加工过程中,山都平 TPV的所有废料均可直接回收到料斗,有效减少了制造流程中的整体浪费。现代公司管理人员Y.K.Seo 说:“我们会建议在其他地区生产的其余新车型上采用由山都平 TPV制造的轻型进气系统。”
        埃克森美孚化工在开发山都平 TPV用于汽车进气系统方面拥有丰富的经验,该产品已在全球范围内成功应用于各种短进气管。
        降低成本,提升性能
        除了在短进气管中的应用,安大略省温莎市的Windsor Mold Group (以下简称“WMG”)还采用山都平TM TPV,为福特汽车公司的C-Max混合动力车生产了前档发泡密封(位于挡风玻璃和发动机盖之间的进气口嵌板),不仅降低了成本,部件的物理和加工性能也得到了提升。
        在Reis Group Holding(以下简称“Reis”)制造的挤出系统中,挤出模口安装在柔性加热软管上,通过Reis机器人导引,快速、高效地将山都平 121-50E500 TPV发泡密封条直接挤出安装在前档上,消除了高成本且费时的手工安装过程。
       

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        该工艺主要用于生产可直接安装的功能性密封,无需热固性橡胶所需的硫化过程。采用山都平 TPV,并结合此工艺,不仅能实现出色的前档密封性能,产品也具备卓越的尺寸稳定性。
        “山都平 TPV与前档之间形成的化学粘接表现出了非常好的密封性能。”WMG新业务拓展及研发经理Jack Bekou说,“通过消除手工装配,我们降低了成本。不仅如此,加工过程中产生的所有TPV废料均可以回收,这为进一步节约成本、减少浪费作出了贡献。”
        该应用荣获了塑料工程师协会 (SPE) 2012年度汽车创新大奖赛“加工、装配和赋能技术类”大奖。
        1.性能和成本
        通常,前档发泡密封采用EPDM橡胶生产,该材料的开孔发泡结构,使其能够承受发动机盖反复开合所带来的长期使用负荷。但是,橡胶发泡密封需要二次手工装配,从而增加了生产成本。另外,橡胶发泡密封常通过物理钉销连接到前档,这种固定方式可能会产生移位,影响密封效果。
        WMG了解到TPV在广泛的汽车密封领域中的成熟应用。通过与埃克森美孚化工及Reis开展合作,WMG选择用山都平? 121-50E500 TPV生产密封条,这是因为此材料实现了黏度和抗压缩永久变形性能的良好平衡,且能提供特定的力学强度特性。
       

新型汽车材料:带来减重,成本和性能的全面飞跃

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        2.全面测试
        通过有限元分析 (FEA),WMG确定了TPV发泡密封的压缩载荷屈挠度 (CLD),这是一项关键性能指标,它可以推动材料的高效使用和出色的密封性设计。Reis提供了适宜的几何外形设计建议和挤出模口。WMG测试了应用中密封条的各种几何体、形状和材料厚度。值得一提的是,发泡密封的高度对于保持发动机盖稳定的密封性尤为重要。
        “发泡密封必须能承受长期的重复开合。”Bekou说,“我们的分析表明,山都平 TPV可提供有效的密封。”模型部件经历了长期使用负荷测试,测试过程模拟了发动机盖关闭时密封条的标称位置,样品经过加热和冷冻,以便模拟发动机高温和环境条件。所得结果与橡胶的基准进行比较,用于评估TPV密封的相对有效性。
        3.订制工艺和设备
        Reis开发了机器人自动挤出工艺,并在德国制造了适合WMG应用的设备。该工艺优化了冷却、加工周期和挤出压力。订制的喷嘴设计实现了WMG所需的型材几何形状。
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