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汽車線束橡膠件選材指南

作者: 友豐電子 | 發布時間: 12-14 | 瀏覽次數：

汽車線束是汽車電路的網絡主體，沒有線束也就不存在汽車電路。不管是高級豪華汽車還是經濟型普通汽車，線束編成的形式基本上是一樣的，都是由電線、接插件、橡膠件和包裹膠帶組成。隨著人們對汽車的安全性、舒適性、經濟性和排放性要求的提高，汽車線束變得越來越復雜，但車身給予線束的空間卻越來越小。因此，如何提高汽車線束的綜合性能設計便成為關注的焦點，而且汽車線束制造廠家不再單純地搞線束后期設計和制造，和汽車主機廠家聯合進行前期開發成為必然的趨勢。

 

1橡膠件的種類與應用

橡膠件是在電器件在穿過車身等物體時，保證電器件不受損害和保持穿過物體的密封性。以起到耐磨、防水、密封等作用。

1.1橡膠件的分類

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）、無骨架兩種 。

 

1.2材料分類

線束橡膠件材料按適用溫度范圍分三類見表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℃

車門線束橡膠護套，后背門線束

橡膠護套

CMR.PART.A2

100℃

空調線束橡膠護套，頂燈線束

橡膠護套

CMR.PART.A3

125℃

發動機艙主線束護套，發動機線束等

前艙線束護套

 

2汽車線束橡膠件的主要特點

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℃ 的環境中長期使用，最高使用溫度為150℃；

3） 與大氣直接接觸，會接觸雨水等液體的侵蝕，需要能禁受冬天屋外的嚴寒，能長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環境中使用而不會發生龜裂；

4） 彈性好，特別是要求復原性好；能承受多次的疲勞運動，能在各種環境種多次變形恢復能力；既能用于運動接合部位，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。

 

在汽車上，線束橡膠件被用來作為靜態密封和動態密封元件。表2列舉了線束橡膠件在奇瑞B21車型上的應用。

表2　線束橡膠件在B21車型上的應用

部位

數量

材料

車型

前艙線束總成

1

EPDM

B21

室內地板線束總成

1

EPDM

發動機線束總成

1

EPDM

左前門線束總成

1

EPDM

右前門線束總成

1

EPDM

左后門線束總成

1

EPDM

右后門線束總成

1

EPDM

行李箱線束總成

1

EPDM

 

3汽車橡膠件的性能要求和選材原則

3.1汽車橡膠件的性能要求

表3　EPDM材料性能要求

性能

測試試驗條件

試驗項目及技術指標

試驗方法

常態

410

23℃

邵氏硬度（HA）

40±5

GB/T531

拉伸強度min MPa

10

GB/T528

斷裂伸長率 min %

400

  

510

邵氏硬度（HA）

50±5

  

拉伸強度min MPa

10

  

斷裂伸長率 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

  

無污染

/

 

3.2材料選擇

表4　常見通用橡膠的優缺點和應用

橡膠名稱

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）

優點

是一種結晶性橡膠，自補強度很大，經炭黑補強后，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于天然橡膠。氯丁橡膠阻燃性極好。

具有優良的耐油性，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。丁腈橡膠的耐熱性優于天然橡膠，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，耐老化性能優于天然橡膠

缺點

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，給加工帶來很大的困難。

但它低溫時變硬，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、抗撕裂及耐油性等都不如天然橡膠

常用部位

輪胎，傳動帶，輸水膠管、輸氣軟管和機械防震零件。

輪胎內胎，汽車門窗密封條、水橡膠管、風扇帶、耐熱傳輸帶、高低壓電線電纜、電氣絕緣零件等。

耐老化的門窗密封條、電線電纜包裹層、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

橡膠類別

拉伸強度（MPa）

伸長率（%）

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

耐水溶脹性

耐酸性

天然橡膠

6.89-27.56

100-700

-165

良

優+

優

優

優

優

優

良

（NR）

丁苯橡膠

6.89-24.12

100-700

-150

良

良

中

良

優

良

良

良

（SBR）

氯丁橡膠

6.89-27.56

100-700

-180

良

優

良

良

優

良

良

良

（CR）

丁腈橡膠

6.89-27.56

100-600

-170

良

良

差

良

優

良

優

良

（NBR）

乙丙橡膠

6.89-20.67

100-300

-210

中

良

優

差

良

良

優

優

（EPDM）

 

比較而言，三元乙丙的綜合性能較好，所以現在汽車電器線束用橡膠件主要選用的材料是三元乙丙橡膠，簡稱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境中不會產生裂口，大大優于天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠等通用橡膠。

b，耐候性好:   能長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環境中使用而不會發生龜裂 。

c，耐熱性能：可以在120℃的環境中長期使用，最高使用溫度為150℃ 。當溫度高于150℃時，乙丙橡膠生膠開始緩慢分解，200℃時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，其彈性僅次于天然橡膠。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) 實用配方例

適用于線束護套的配方體系舉例（非充油型）：

 

 

（6）根據不同的使用環境和設計需要，可以兼顧考慮其他的材料。

發動機艙內線束橡膠件，由于艙內溫度、濕度偏大且存在著很多腐蝕性氣體和液體，因此一定要選擇耐高溫、耐油、耐化學介質橡膠件。同時在新車型中，大功率發動機的應用，前艙布局要求緊湊，對線束橡膠件的性能要求越來越苛刻。EPDM橡膠最高使用溫度為150℃，目前雖能基本滿足要求，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℃）。優異的耐臭氧老化、耐氧老、耐光老化和耐候老化性能；優良的電絕緣性能；優異的耐油、耐燃燒等性能。硅橡膠高溫使用壽命見表5。硅橡膠與其他種類橡膠的耐熱和耐油性能比較見表6。

 

 

表6　硅橡膠的高溫使用壽命

使用溫度/℃

壽命（保持原來伸長率50%時）

使用溫度

壽命

-50～100

相當長

205

2～5年

120

10～20年

260

3月～2年

150

5～10年

316

1周～2月


 

表7　不同種類橡膠的耐熱和耐油性能

 

3.3線束橡膠件安裝使用中的注意事項

線束用橡膠件開口位置大致分為：前艙、四門、地板、頂篷和后背門。其中前艙開孔盡量選擇左右兩側，以保證線束走向的連貫性和避讓高溫區。四門的開孔要確保車身A、B柱的開孔高度高于門鈑金的開孔高度，防止水流入室內。

 

3.4橡膠件常見問題分析

橡膠件常見的問題、原因及解決措施見表8

表8　橡膠件常見的問題、原因及解決措施

序號

問題

原因分析

解決措施

1

橡膠件出現老化、龜裂

材料不合格

壁厚過薄

責令廠家調整材料配方;采用復合硫化體系

適當增加橡膠件的壁厚

2

橡膠件裝配后動態干涉

前期沒有做動態分析或者分析不充分

結合實車裝配情況重新校核，整改。可手工制作幾種狀態的橡膠件試裝后再確認整改方案

3

裝配困難

硬度過大；設計裝配空間過小

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，過涂裝時過孔被涂抹PVC膠，導致橡膠件與鈑金配合不良

更改卡口尺寸，保證卡口與鈑金過盈配合，具體過盈值要根據產品公差而定；在過涂裝之前將橡膠件的過孔加工藝堵件保護

 

4線束橡膠件材料未來的發展

日益嚴峻的能源問題和環境問題；全球持續規范的法規要求；汽車設計原則向輕量化和小型化的轉變及設計經濟性的提升；導致對車用材料的新要求，同時引導零部件用材的革新。線束橡膠件尋覓到新的突破口，逐漸青睞于熱塑性彈性體。

熱塑性彈性體簡稱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新型高分子材料，是一類介于橡膠和塑料之間的彈性體材料。自上世紀60年代中期問世以來，作為第三代橡膠取得了極為迅猛的發展。TPE最大特點為無需硫化加工，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，保護環境。因此各國都對TPE的開發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

＋＋

○

可循環性

＋＋

－

價格（原材料）

○

＋＋

價格（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已有了長足的進展，特別是動態硫化技術的開發，為其在汽車工業中的應用開拓了廣闊的前景。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工業對控制噪聲、降低震動、輕量化、環保以及資源再生等一系列要求的。并且在重量上輕于EPDM，這一點正適合于目前汽車工業提出的輕量化目標。TPE大規模的應用只是時間上問題，我們拭目以待。


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