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汽車(chē)線(xiàn)束是汽車(chē)電路的網(wǎng)絡(luò )主體,沒(méi)有線(xiàn)束也就不存在汽車(chē)電路。不管是高級豪華汽車(chē)還是經(jīng)濟型普通汽車(chē),線(xiàn)束編成的形式基本上是一樣的,都是由電線(xiàn)、接插件、橡膠件和包裹膠帶組成。隨著(zhù)人們對汽車(chē)的安全性、舒適性、經(jīng)濟性和排放性要求的提高,汽車(chē)線(xiàn)束變得越來(lái)越復雜,但車(chē)身給予線(xiàn)束的空間卻越來(lái)越小。因此,如何提高汽車(chē)線(xiàn)束的綜合性能設計便成為關(guān)注的焦點(diǎn),而且汽車(chē)線(xiàn)束制造廠(chǎng)家不再單純地搞線(xiàn)束后期設計和制造,和汽車(chē)主機廠(chǎng)家聯(lián)合進(jìn)行前期開(kāi)發(fā)成為必然的趨勢。
1橡膠件的種類(lèi)與應用
橡膠件是在電器件在穿過(guò)車(chē)身等物體時(shí),保證電器件不受損害和保持穿過(guò)物體的密封性。以起到耐磨、防水、密封等作用。
1.1橡膠件的分類(lèi)
其結構和固定方式也根據固定位置的不同而不同。
按橡膠件結構分為有骨架(導向結構,材料多為PA66)、無(wú)骨架兩種 。
1.2材料分類(lèi)
線(xiàn)束橡膠件材料按適用溫度范圍分三類(lèi)見(jiàn)表1
表1 橡膠件材料及適用溫度
材料 |
試驗溫度 |
適用范圍 |
CMR.PART.A1 |
80℃ |
車(chē)門(mén)線(xiàn)束橡膠護套,后背門(mén)線(xiàn)束 橡膠護套 |
CMR.PART.A2 |
100℃ |
空調線(xiàn)束橡膠護套,頂燈線(xiàn)束 橡膠護套 |
CMR.PART.A3 |
125℃ |
發(fā)動(dòng)機艙主線(xiàn)束護套,發(fā)動(dòng)機線(xiàn)束等 前艙線(xiàn)束護套 |
2汽車(chē)線(xiàn)束橡膠件的主要特點(diǎn)
1) 使用溫度范圍廣,具有良好的耐高、低溫性;
2) 有較高的耐熱性能,不同區域橡膠件,溫度不同。
可以在120℃ 的環(huán)境中長(cháng)期使用,最高使用溫度為150℃;
3) 與大氣直接接觸,會(huì )接觸雨水等液體的侵蝕,需要能禁受冬天屋外的嚴寒,能長(cháng)期在陽(yáng)光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用而不會(huì )發(fā)生龜裂;
4) 彈性好,特別是要求復原性好;能承受多次的疲勞運動(dòng),能在各種環(huán)境種多次變形恢復能力;既能用于運動(dòng)接合部位,又能用于靜止接合部位。
5) 精密的成品穩定性及嚴格的成品尺寸公差控制。
在汽車(chē)上,線(xiàn)束橡膠件被用來(lái)作為靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封元件。表2列舉了線(xiàn)束橡膠件在奇瑞B21車(chē)型上的應用。
表2 線(xiàn)束橡膠件在B21車(chē)型上的應用
部位 |
數量 |
材料 |
車(chē)型 |
前艙線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
B21 |
室內地板線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
|
發(fā)動(dòng)機線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
|
左前門(mén)線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
|
右前門(mén)線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
|
左后門(mén)線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
|
右后門(mén)線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
|
行李箱線(xiàn)束總成 |
1 |
EPDM |
3汽車(chē)橡膠件的性能要求和選材原則
3.1汽車(chē)橡膠件的性能要求
表3 EPDM材料性能要求
性能 |
測試試驗條件 |
試驗項目及技術(shù)指標 |
試驗方法 |
||
常態(tài) |
410 |
23℃ |
邵氏硬度(HA) |
40±5 |
GB/T531 |
拉伸強度min MPa |
10 |
GB/T528 |
|||
斷裂伸長(cháng)率 min % |
400 |
||||
510 |
邵氏硬度(HA) |
50±5 |
|||
拉伸強度min MPa |
10 |
||||
斷裂伸長(cháng)率 min % |
400 |
||||
熱空氣老化 |
A |
100℃×70h |
邵氏硬度變化 HA |
25 |
GB/T3512 |
拉伸強度變化率 max% |
25 |
||||
斷裂伸長(cháng)率變化率 max% |
30 |
||||
B |
125℃×70h |
邵氏硬度變化 HA |
0~+10 |
||
拉伸強度變化率 max% |
20 |
||||
斷裂伸長(cháng)率變化率 max% |
30 |
||||
C |
150℃×70h |
邵氏硬度變化 HA |
0~+10 |
||
拉伸強度變化率 max% |
20 |
||||
斷裂伸長(cháng)率變化 max% |
30 |
||||
壓縮25%永久變化 |
A |
100℃×22h |
壓縮永久變化 max% |
50 |
GB/T7759 |
B |
100℃×70h |
35 |
|||
C |
125℃×22h |
50 |
|||
耐臭氧性 |
(50±5)×10-8×40℃×70h×20%拉伸 |
無(wú)龜裂 |
GB7762 |
||
耐水性 |
100℃×70h |
體積變化率 % |
±5 |
GB/T1690 |
|
耐寒性 |
低溫脆性溫度min℃ |
-40 |
GB/T1682 |
||
撕裂強度 |
撕裂強度min KN/m |
20 |
GB/T529 |
||
耐污染性 |
無(wú)污染 |
/ |
3.2材料選擇
表4 常見(jiàn)通用橡膠的優(yōu)缺點(diǎn)和應用
橡膠名稱(chēng) |
天然橡膠 (NR) |
三元乙丙橡膠 (EPDM) |
氯丁橡膠 (CR) |
丁腈橡膠 (NBR) |
丁苯橡膠 (SBR) |
優(yōu)點(diǎn) |
是一種結晶性橡膠,自補強度很大,經(jīng)炭黑補強后,機械強度較好,耐寒,耐曲繞,透氣性好、多次形變生熱少,隔振性亦好,耐堿性好 |
抗臭氧性,耐天候性和耐老化性能優(yōu)異,居通常橡膠之首。電絕緣性、沖擊彈性很好,耐酸堿,密度小,可進(jìn)行高填充配合 |
氯丁橡膠的物理性能和天然橡膠相似,但耐天候、耐熱、耐油及耐溶劑性都優(yōu)于天然橡膠。氯丁橡膠阻燃性極好。 |
具有優(yōu)良的耐油性,僅次于聚硫橡膠、丙烯酸酯橡膠和氟橡膠。丙烯腈含量的愈高,耐油性愈好,但耐寒性差。丁腈橡膠的耐熱性?xún)?yōu)于天然橡膠,丁苯橡膠。其氣密性及耐水性較好。 |
性能和天然橡膠相似,在光、熱和氧的綜合作用下,耐老化性能優(yōu)于天然橡膠 |
缺點(diǎn) |
但是不耐濃硫酸。天然橡膠在非極性溶劑中膨脹,耐油、耐溶劑都較差。易燃。 |
硫化時(shí)間很慢,難于同其他橡膠并用,它的自粘性和互粘性很差,不易粘合,給加工帶來(lái)很大的困難。 |
但它低溫時(shí)變硬,貯藏穩定性差,電絕緣性不好,密度大,且加工不易控制。 |
但是它不耐臭氧,且不適宜做絕緣材料。 |
耐臭氧性比天然橡膠差,抗拉、伸長(cháng)、抗撕裂及耐油性等都不如天然橡膠 |
常用部位 |
輪胎,傳動(dòng)帶,輸水膠管、輸氣軟管和機械防震零件。 |
輪胎內胎,汽車(chē)門(mén)窗密封條、水橡膠管、風(fēng)扇帶、耐熱傳輸帶、高低壓電線(xiàn)電纜、電氣絕緣零件等。 |
耐老化的門(mén)窗密封條、電線(xiàn)電纜包裹層、耐油膠管、石油鉆探零件、膠管等制品 |
油封,O形圈等耐油密封件,輸油管和耐油性膠板等 |
價(jià)格便宜,常作為天然橡膠的并用材料,輪胎、密封墊片、電絕緣制品、運輸帶、膠管和海綿制品 |
表5 常用橡膠的各項性能
橡膠類(lèi)別 |
拉伸強度(MPa) |
伸長(cháng)率(%) |
使用溫度范圍(℃) |
壓縮永久變形 |
回彈性 |
電性能 |
撕裂強度 |
耐磨耗性 |
耐割口增長(cháng) |
耐水溶脹性 |
耐酸性 |
天然橡膠 |
6.89-27.56 |
100-700 |
-165 |
良 |
優(yōu)+ |
優(yōu) |
優(yōu) |
優(yōu) |
優(yōu) |
優(yōu) |
良 |
(NR) |
|||||||||||
丁苯橡膠 |
6.89-24.12 |
100-700 |
-150 |
良 |
良 |
中 |
良 |
優(yōu) |
良 |
良 |
良 |
(SBR) |
|||||||||||
氯丁橡膠 |
6.89-27.56 |
100-700 |
-180 |
良 |
優(yōu) |
良 |
良 |
優(yōu) |
良 |
良 |
良 |
(CR) |
|||||||||||
丁腈橡膠 |
6.89-27.56 |
100-600 |
-170 |
良 |
良 |
差 |
良 |
優(yōu) |
良 |
優(yōu) |
良 |
(NBR) |
|||||||||||
乙丙橡膠 |
6.89-20.67 |
100-300 |
-210 |
中 |
良 |
優(yōu) |
差 |
良 |
良 |
優(yōu) |
優(yōu) |
(EPDM) |
比較而言,三元乙丙的綜合性能較好,所以現在汽車(chē)電器線(xiàn)束用橡膠件主要選用的材料是三元乙丙橡膠,簡(jiǎn)稱(chēng)EPDM。選用材料的依據是:
(1)耐老化性能
通用橡膠中:EPDM的耐老化性是最好的
a,耐臭氧性最好: 在含臭氧濃度較高的環(huán)境中不會(huì )產(chǎn)生裂口,大大優(yōu)于天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠等通用橡膠。
b,耐候性好: 能長(cháng)期在陽(yáng)光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用而不會(huì )發(fā)生龜裂 。
c,耐熱性能:可以在120℃的環(huán)境中長(cháng)期使用,最高使用溫度為150℃ 。當溫度高于150℃時(shí),乙丙橡膠生膠開(kāi)始緩慢分解,200℃時(shí)硫化膠的物理機械性能亦緩慢地下降。但加入防老化劑可以改善乙丙橡膠的高溫使用性能,提高使用溫度和高溫下使用壽命。
(2)電絕緣性
其具有良好的電絕緣性和耐電暈性,浸水后電氣性能變化也很小,特別適于制造電器絕緣制品。
(3)低密度和高填充特性
乙丙橡膠的密度是所有橡膠中最低的,約為860~870㎏/m3,即同體積的乙丙橡膠制的重量較其它橡膠重量輕,且可以大量填充油和填充劑,降低了成本,且對物理機械性能影響不大。
(4)低溫性能和沖擊彈性
乙丙橡膠具有較高的彈性,其彈性?xún)H次于天然橡膠。乙丙橡膠具有好的低溫性能,在低溫下可保持較好的彈性和較小的壓縮變形,其最低極限使用溫度可達-50℃。
(5) 實(shí)用配方例
適用于線(xiàn)束護套的配方體系舉例(非充油型):
(6)根據不同的使用環(huán)境和設計需要,可以兼顧考慮其他的材料。
發(fā)動(dòng)機艙內線(xiàn)束橡膠件,由于艙內溫度、濕度偏大且存在著(zhù)很多腐蝕性氣體和液體,因此一定要選擇耐高溫、耐油、耐化學(xué)介質(zhì)橡膠件。同時(shí)在新車(chē)型中,大功率發(fā)動(dòng)機的應用,前艙布局要求緊湊,對線(xiàn)束橡膠件的性能要求越來(lái)越苛刻。EPDM橡膠最高使用溫度為150℃,目前雖能基本滿(mǎn)足要求,但是為了更安全可靠,可以采用硅橡膠(VMQ)。在所用的橡膠中,硅橡膠具有最寬廣的工作溫度范圍(-59.5~316℃)。優(yōu)異的耐臭氧老化、耐氧老、耐光老化和耐候老化性能;優(yōu)良的電絕緣性能;優(yōu)異的耐油、耐燃燒等性能。硅橡膠高溫使用壽命見(jiàn)表5。硅橡膠與其他種類(lèi)橡膠的耐熱和耐油性能比較見(jiàn)表6。
表6 硅橡膠的高溫使用壽命
使用溫度/℃ |
壽命(保持原來(lái)伸長(cháng)率50%時(shí)) |
使用溫度 |
壽命 |
-50~100 |
相當長(cháng) |
205 |
2~5年 |
120 |
10~20年 |
260 |
3月~2年 |
150 |
5~10年 |
316 |
1周~2月 |
表7 不同種類(lèi)橡膠的耐熱和耐油性能
3.3線(xiàn)束橡膠件安裝使用中的注意事項
線(xiàn)束用橡膠件開(kāi)口位置大致分為:前艙、四門(mén)、地板、頂篷和后背門(mén)。其中前艙開(kāi)孔盡量選擇左右兩側,以保證線(xiàn)束走向的連貫性和避讓高溫區。四門(mén)的開(kāi)孔要確保車(chē)身A、B柱的開(kāi)孔高度高于門(mén)鈑金的開(kāi)孔高度,防止水流入室內。
3.4橡膠件常見(jiàn)問(wèn)題分析
橡膠件常見(jiàn)的問(wèn)題、原因及解決措施見(jiàn)表8
表8 橡膠件常見(jiàn)的問(wèn)題、原因及解決措施
序號 |
問(wèn)題 |
原因分析 |
解決措施 |
1 |
橡膠件出現老化、龜裂 |
材料不合格 壁厚過(guò)薄 |
責令廠(chǎng)家調整材料配方;采用復合硫化體系 適當增加橡膠件的壁厚 |
2 |
橡膠件裝配后動(dòng)態(tài)干涉 |
前期沒(méi)有做動(dòng)態(tài)分析或者分析不充分 |
結合實(shí)車(chē)裝配情況重新校核,整改??墒止ぶ谱鲙追N狀態(tài)的橡膠件試裝后再確認整改方案 |
3 |
裝配困難 |
硬度過(guò)大;設計裝配空間過(guò)小 |
重新定義硬度,配方中減少炭黑的填充量; 增加導向骨架結構, 減小安裝阻力 |
4 |
密封性不好 |
卡口的配合尺寸設計不良;位置選擇不好,過(guò)涂裝時(shí)過(guò)孔被涂抹PVC膠,導致橡膠件與鈑金配合不良 |
更改卡口尺寸,保證卡口與鈑金過(guò)盈配合,具體過(guò)盈值要根據產(chǎn)品公差而定;在過(guò)涂裝之前將橡膠件的過(guò)孔加工藝堵件保護 |
4線(xiàn)束橡膠件材料未來(lái)的發(fā)展
日益嚴峻的能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題;全球持續規范的法規要求;汽車(chē)設計原則向輕量化和小型化的轉變及設計經(jīng)濟性的提升;導致對車(chē)用材料的新要求,同時(shí)引導零部件用材的革新。線(xiàn)束橡膠件尋覓到新的突破口,逐漸青睞于熱塑性彈性體。
熱塑性彈性體簡(jiǎn)稱(chēng)TPE,是指在常溫下顯示橡膠狀彈性、在高溫下能夠塑化成型的一類(lèi)新型高分子材料,是一類(lèi)介于橡膠和塑料之間的彈性體材料。自上世紀60年代中期問(wèn)世以來(lái),作為第三代橡膠取得了極為迅猛的發(fā)展。TPE最大特點(diǎn)為無(wú)需硫化加工,而采用熱塑性塑料成型方法加工。如此,可大大縮短成型周期,而且廢料可以在利用,有利于節資與節能,保護環(huán)境。因此各國都對TPE的開(kāi)發(fā)與應用予以高度重視。TPE熱塑性彈性體與通用橡膠的性能對比見(jiàn)表9
表9 TPE熱塑性彈性體與通用橡膠EPDM的對比
性能 |
TPE |
EPDM |
密度 |
++ |
○ |
重量降低 |
++ |
○ |
可染色性 |
++ |
○ |
成型性 |
++ |
○ |
可循環(huán)性 |
++ |
- |
價(jià)格(原材料) |
○ |
++ |
價(jià)格(密封件) |
++ |
+/++ |
++=very good +=good ○=medium -=poor
TPE與傳統TSR(如EPDM)的加工流程、加工效率對比見(jiàn)表10
表10 TPE和傳統TSR的加工流程、加工效率對比
熱塑性彈性體在現階段雖然還不能全面取代傳統的硫化橡膠材料,但是它的應用近年來(lái)已有了長(cháng)足的進(jìn)展,特別是動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)的開(kāi)發(fā),為其在汽車(chē)工業(yè)中的應用開(kāi)拓了廣闊的前景。還要指出的是以TPE取代某些傳統的橡膠、塑料材料是符合當前汽車(chē)工業(yè)對控制噪聲、降低震動(dòng)、輕量化、環(huán)保以及資源再生等一系列要求的。并且在重量上輕于EPDM,這一點(diǎn)正適合于目前汽車(chē)工業(yè)提出的輕量化目標。TPE大規模的應用只是時(shí)間上問(wèn)題,我們拭目以待。