應用于乘客側安全氣囊蓋板上的TPE材料的性能研究

婁俊偉

摘 要：文章研究了應用于安全氣囊蓋板的TPE材料在不同溫度條件下、不同應變率下的力學性能，同時研究了注塑加工工藝和取向性對該材料性能的影響。汽車被動安全是整車安全的重要組成部分，對汽車性能、價格以及汽車產品在消費者中的競爭力有著重要的影響。關鍵詞：氣囊蓋板;TPE 材料;應變率;注塑工藝;取向性中圖分類號：U445 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）08-170-03

Abstact： At the same time， the effect of injection molding process and orientation on the properties of TPE materials used in airbag cover plate was studied. Passive safety of automobile is an important part of vehicle safety， which has an impor?-tant influence on the performance， price and competitiveness of automobile products among consumers.Keywords： Airbag cover plate; TPE material; Strain rate; Injection molding process; OrientationCLC NO.：?U445??Document Code： B??Article ID： 1671-7988（2020）08-170-03

引言

安全氣囊作為一種被動安全裝置，在車輛發生碰撞時，安全氣囊的氣袋會快速充氣，在乘員與汽車內飾件中間，形成一道緩沖與吸能的屏障，從而達到保護乘員的效果。

本論文選取目前氣囊蓋板常用的Mitsubishi Chemical 生產、牌號為TT850N的TPE材料為對象，研究該材料在不同溫度、不同應變率條件下的力學性能，同時，研究注塑成型工藝及取向性對產品力學性能的影響。

1?TPE力學性能研究

1.1 TPE材料在不同溫度條件下的力學性能

由于車輛的使用環境涵蓋常溫、低溫和高溫等不同溫度環境，因此研究氣囊蓋板TPE材料在不同溫度條件下的力學性能，具有重要的意義。

以ISO 37 type 3樣條，分別在23℃，-35℃和85℃條件下，按照表1實驗參數，進行拉伸實驗，拉伸強度-延伸率曲線如下圖1所示：

從圖1可以看出：

（1）TPE材料的拉伸強度、斷裂延伸性受溫度影響顯著：隨著溫度的增加，拉伸強度逐漸下降，而延伸性逐漸增加;

（2）即使在-35℃低溫條件下，該TPE材料仍可達到約500%的斷裂延伸率，表現出優良的低溫韌性。

延伸率曲線圖

1.2?不同應變率下的力學性能

應變率是材料相對于時間的應變（變形）能力，是材料科學和連續力學的概念。以單向拉伸實驗為例：

從上述公式（2）可以看出：應變率是速度與原始長度的比值。

根據材料的測試時間和應變率范圍，可分為蠕變、準靜態、沖擊和爆炸這四個梯度。汽車碰撞，主要處于“沖擊”應變率范圍。因此，根據材料的應用情況，需要研究TPE材料在不同應變率下的力學性能，研究其應變率效應。本論文按照表2的測試方法，分別測試TPE材料在0.01s-1、1s-1和100?s-1這三個應變率下的拉伸性能。

從圖2可以看出：隨著應變率的增加，TPE材料的拉伸屈服強度顯著增加，斷裂延伸率顯著減小，呈現顯著的應變率效應。

2 注塑成型工藝及取向性對產品力學性能的影響

2.1 注塑成型工藝對產品力學性能的影響

由于TPE材料具有較好的流動性，易注塑成型，生產效率高，因此TPE材質的氣囊蓋板一般采用注塑工藝成型。本論文研究注塑工藝中的澆口尺寸、保壓時間對TPE材料性能的影響，同時研究材料注塑過程中的材料取向性對其性能的影響。

注塑機臺：海天538T注塑機;

注塑模具：500mm*300mm平板模具，壁厚：3mm;

材料：Mitsubishi Chemical 生產、牌號為TT850N的TPE材料。

注塑工藝參數如下表3 所示，在保持注塑壓力、保壓壓力、注射速度、熱流道溫度等參數不變的情況下，采用方案1和方案2 兩種注塑工藝參數，研究澆口尺寸和保壓壓力對產品性能的影響。

采用如下表4的測試參數，進行拉伸實驗，測試方案1和方案2兩種注塑工藝參數，對TPE材料的性能影響。

從圖3?可看出：兩種不同的注塑工藝方案：

（1）TPE 產品的拉伸斷裂強度，無顯著的變化;

（2）TPE產品的拉伸斷裂延伸率，呈現顯著的差異：延長TPE材料的保壓時間、增加進膠口尺寸，可以顯著提升TPE產品的斷裂延伸率。

為從微觀上分析不同注塑工藝的差異性，對上述方案1 和方案2兩種狀態的TPE產品，進行超薄切片后的斷面微觀形態觀測，兩種注塑工藝的TPE產品，在斷面上，均呈現皮層-中間層-芯層結構。斷裂延伸性優的TPE產品（注塑方案1），皮層厚度厚于斷裂延伸性低的TPE 產品（注塑方案2）。

2.2 取向性對產品性能的影響

為研究注塑成型的TPE產品，是否呈現顯著的取向性，采用上述方案1的注塑工藝參數，在產品的相同位置，分別沿MD（平行于流動方向）和CD方向（垂直于流動方向），取標準樣條，按如下表5，進行拉伸測試，結果如圖4所示。

從圖4可以看出：

（1）MD方向和CD方向，TPE 產品的拉伸斷裂強度，無顯著差異;

（2）TPE產品的拉伸斷裂延伸率，呈現顯著的差異：CD方向的延伸率，高于MD方向的延伸率。

為從微觀上分析TPE材料在不同方向上的性能差異，對上述MD方向?和CD方向的TPE注塑成型產品，進行超薄切片后的斷面微觀形態觀測。MD方向，TPE 呈現顯著的取向性，而CD方向，材料的取向性不顯著。

3 小結

本論文以應用于氣囊門蓋板上的TPE材料為研究對象，?研究了該材料在不同溫度下的拉伸性能，結果顯示該材料的拉伸性能受溫度影響顯著：隨溫度的降低，拉伸強度逐漸增大，而延伸性逐漸減小，但在低溫條件下，該材料仍呈現優異的韌性;同時，該材料應變率效應顯著：隨著應變率的增加，拉伸屈服強度逐漸增加，而斷裂延伸率逐漸降低。本論文同時研究了注塑加工工藝對產品性能的影響。研究結果顯示：適當增加進膠口尺寸和保壓時間，可以提升產品的拉伸延伸性，而其強度影響甚微;TPE注塑產品在不同方向上呈現顯著的差異性：流動方向，取向性顯著，而垂直于流動方向，取向性不顯著。

參考文獻

[1]?陳瑤，黃俊，吳璧耀.PP/EPDM復合材料性能研究[J].彈性體，2008，?18（05）：47-50.