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汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)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(jīng)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(jīng)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(shè)計便成為關(guān)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(shè)計和制造，和汽車主機廠家聯(lián)合進行前期開發(fā)成為必然的趨勢。
1橡膠件的種類與應(yīng)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(jié)構(gòu)和固定方式也根據(jù)固定位置的不同而不同。
按橡膠件結(jié)構(gòu)分為有骨架（導向結(jié)構(gòu)，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(diào)線束橡膠護套，頂燈線束 橡膠護套 |
|
CMR.PART.A3 |
125℃ |
發(fā)動機艙主線束護套，發(fā)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(qū)域橡膠件，溫度不同。
可以在120℃ 的環(huán)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(huán)境中使用而不會發(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，能在各種環(huán)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(wěn)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(tài)密封和動態(tài)密封元件。表2列舉了線束橡膠件在奇瑞B(yǎng)21車型上的應(yīng)用。
表2 線束橡膠件在B21車型上的應(yīng)用
|
部位 |
數(shù)量 |
材料 |
車型 |
|
前艙線束總成 |
1 |
EPDM |
B21 |
|
室內(nèi)地板線束總成 |
1 |
EPDM |
|
|
發(fā)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(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(yōu)缺點和應(yīng)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(yōu)點 |
是一種結(jié)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。丁腈橡膠的耐熱性優(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 |
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(wěn)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(nèi)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(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(xiàn)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(jù)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: 能長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用而不會發(fā)生龜裂 。
c，耐熱性能：可以在120℃的環(huán)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(jù)不同的使用環(huán)境和設(shè)計需要，可以兼顧考慮其他的材料。
發(fā)動機艙內(nèi)線束橡膠件，由于艙內(nèi)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(zhì)橡膠件。同時在新車型中，大功率發(fā)動機的應(yīng)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(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(cè)，以保證線束走向的連貫性和避讓高溫區(qū)。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(nèi)。
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(xiàn)老化、龜裂 |
材料不合格 壁厚過薄 |
責令廠家調(diào)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(tài)干涉 |
前期沒有做動態(tài)分析或者分析不充分 |
結(jié)合實車裝配情況重新校核，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 |
硬度過大；設(shè)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(jié)構(gòu)， 減小安裝阻力 |
|
4 |
密封性不好 |
卡口的配合尺寸設(shè)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(jù)產(chǎn)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(fā)展
日益嚴峻的能源問題和環(huán)境問題；全球持續(xù)規(guī)范的法規(guī)要求；汽車設(shè)計原則向輕量化和小型化的轉(zhuǎn)變及設(shè)計經(jīng)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(fā)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(jié)資與節(jié)能，保護環(huán)境。因此各國都對TPE的開發(fā)與應(yīng)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(huán)性 |
＋＋ |
－ |
|
價格（原材料） |
○ |
＋＋ |
|
價格（密封件） |
＋＋ |
＋/＋＋ |
＋＋＝very good +=good ○=medium -=poor
TPE與傳統(tǒng)TSR（如EPDM）的加工流程、加工效率對比見表10
表10 TPE和傳統(tǒng)TSR的加工流程、加工效率對比
熱塑性彈性體在現(xiàn)階段雖然還不能全面取代傳統(tǒng)的硫化橡膠材料，但是它的應(yīng)用近年來已有了長足的進展，特別是動態(tài)硫化技術(shù)的開發(fā)，為其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用開拓了廣闊的前景。還要指出的是以TPE取代某些傳統(tǒng)的橡膠、塑料材料是符合當前汽車工業(yè)對控制噪聲、降低震動、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，這一點正適合于目前汽車工業(yè)提出的輕量化目標。TPE大規(guī)模的應(yīng)用只是時間上問題，我們拭目以待。
