汽车线束是汽车电路的网络主体,没有线束也就不存在汽车电路。不管是高级豪华汽车还是经济型普通汽车,线束编成的形式基本上是一样的,都是由电线、接插件、橡胶件和包裹胶带组成。随着人们对汽车的安全性、舒适性、经济性和排放性要求的提高,汽车线束变得越来越复杂,但车身给予线束的空间却越来越小。因此,如何提高汽车线束的综合性能设计便成为关注的焦点,而且汽车线束制造厂家不再单纯地搞线束后期设计和制造,和汽车主机厂家联合进行前期开发成为必然的趋势。


1橡胶件的种类与应用

橡胶件是在电器件在穿过车身等物体时,保证电器件不受损害和保持穿过物体的密封性。以起到耐磨、防水、密封等作用。

1.1橡胶件的分类

其结构和固定方式也根据固定位置的不同而不同。

按橡胶件结构分为有骨架(导向结构,材料多为PA66)、无骨架两种 。

按橡胶件固定方式分为单孔固定、双孔固定两种(见下面的图例)。


图一:单孔固定无导向结构(A21右前舱线束过孔橡胶件)

 


图二:双孔固定带导向结构(S21左前门线束过孔橡胶件)

 


 

注:  1--橡胶护套;       2--塑料支架(导向结构)


1.2材料分类

线束橡胶件材料按适用温度范围分三类见表1

表1 橡胶件材料及适用温度

材料

试验温度

适用范围

CMR.PART.A1

80

车门线束橡胶护套,后背门线束

橡胶护套

CMR.PART.A2

100

空调线束橡胶护套,顶灯线束

橡胶护套

CMR.PART.A3

125

发动机舱主线束护套,发动机线束等

前舱线束护套

 

2汽车线束橡胶件的主要特点

1) 使用温度范围广,具有良好的耐高、低温性;

2) 有较高的耐热性能,不同区域橡胶件,温度不同。

可以在120℃ 的环境中长期使用,最高使用温度为150℃;

3) 与大气直接接触,会接触雨水等液体的侵蚀,需要能禁受冬天屋外的严寒,能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用而不会发生龟裂;

4) 弹性好,特别是要求复原性好;能承受多次的疲劳运动,能在各种环境种多次变形恢复能力;既能用于运动接合部位,又能用于静止接合部位。

5) 精密的成品稳定性及严格的成品尺寸公差控制。

 

在汽车上,线束橡胶件被用来作为静态密封和动态密封元件。表2列举了线束橡胶件在奇瑞B21车型上的应用。

表2 线束橡胶件在B21车型上的应用

部位

数量

材料

车型

前舱线束总成

1

EPDM

B21

室内地板线束总成

1

EPDM

发动机线束总成

1

EPDM

左前门线束总成

1

EPDM

右前门线束总成

1

EPDM

左后门线束总成

1

EPDM

右后门线束总成

1

EPDM

行李箱线束总成

1

EPDM


3汽车橡胶件的性能要求和选材原则

3.1车橡胶件的性能要求

表3 EPDM材料性能要求

性能

测试试验条件

试验项目及技术指标

试验方法

常态

410

23℃

邵氏硬度(HA)

40±5

GB/T531

拉伸强度min MPa

10

GB/T528

断裂伸长率 min %

400


510

邵氏硬度(HA)

50±5


拉伸强度min MPa

10


断裂伸长率 min %

400


热空气老化

A

100℃×70h

邵氏硬度变化 HA

25

GB/T3512

拉伸强度变化率 max%

25

断裂伸长率变化率 max%

30

B

125℃×70h

邵氏硬度变化 HA

0~+10

拉伸强度变化率 max%

20

断裂伸长率变化率 max%

30

C

150℃×70h

邵氏硬度变化 HA

0~+10

拉伸强度变化率 max%

20

断裂伸长率变化 max%

30

压缩25%永久变化

A

100℃×22h

压缩永久变化 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

无龟裂

GB7762

耐水性


100℃×70h

体积变化率 %

±5

GB/T1690

耐寒性

低温脆性温度min℃

-40

GB/T1682

撕裂强度

撕裂强度min KN/m

20

GB/T529

耐污染性


无污染

/

 

3.2材料选择

表4 常见通用橡胶的优缺点和应用

橡胶名称

天然橡胶

NR

三元乙丙橡胶

EPDM

氯丁橡胶

CR

丁腈橡胶

NBR

丁苯橡胶

SBR

优点

是一种结晶性橡胶,自补强度很大,经炭黑补强后,机械强度较好,耐寒,耐曲绕,透气性好、多次形变生热少,隔振性亦好,耐碱性好

抗臭氧性,耐天候性和耐老化性能优异,居通常橡胶之首。电绝缘性、冲击弹性很好,耐酸碱,密度小,可进行高填充配合

氯丁橡胶的物理性能和天然橡胶相似,但耐天候、耐热、耐油及耐溶剂性都优于天然橡胶。氯丁橡胶阻燃性极好。

具有优良的耐油性,仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯橡胶和氟橡胶。丙烯腈含量的愈高,耐油性愈好,但耐寒性差。丁腈橡胶的耐热性优于天然橡胶,丁苯橡胶。其气密性及耐水性较好。

性能和天然橡胶相似,在光、热和氧的综合作用下,耐老化性能优于天然橡胶

缺点

但是不耐浓硫酸。天然橡胶在非极性溶剂中膨胀,耐油、耐溶剂都较差。易燃。

硫化时间很慢,难于同其他橡胶并用,它的自粘性和互粘性很差,不易粘合,给加工带来很大的困难。

但它低温时变硬,贮藏稳定性差,电绝缘性不好,密度大,且加工不易控制。

但是它不耐臭氧,且不适宜做绝缘材料。

耐臭氧性比天然橡胶差,抗拉、伸长、抗撕裂及耐油性等都不如天然橡胶

常用部位

轮胎,传动带,输水胶管、输气软管和机械防震零件。

轮胎内胎,汽车门窗密封条、水橡胶管、风扇带、耐热传输带、高低压电线电缆、电气绝缘零件等。

耐老化的门窗密封条、电线电缆包裹层、耐油胶管、石油钻探零件、胶管等制品

油封,O形圈等耐油密封件,输油管和耐油性胶板等

价格便宜,常作为天然橡胶的并用材料,轮胎、密封垫片、电绝缘制品、运输带、胶管和海绵制品

 

表5 常用橡胶的各项性能

橡胶类别

拉伸强度(MPa)

伸长率(%)

使用温度范围(℃)

压缩永久变形

回弹性

电性能

撕裂强度

耐磨耗性

耐割口增长

耐水溶胀性

耐酸性

天然橡胶

6.89-27.56

100-700

-165

+

NR

丁苯橡胶

6.89-24.12

100-700

-150

SBR

氯丁橡胶

6.89-27.56

100-700

-180

CR

丁腈橡胶

6.89-27.56

100-600

-170

NBR

乙丙橡胶

6.89-20.67

100-300

-210

EPDM

 

比较而言,三元乙丙的综合性能较好,所以现在汽车电器线束用橡胶件主要选用的材料是三元乙丙橡胶,简称EPDM。选用材料的依据是:

(1)耐老化性能

 通用橡胶中:EPDM的耐老化性是最好的

a,耐臭氧性最好: 在含臭氧浓度较高的环境中不会产生裂口,大大优于天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶等通用橡胶。

b,耐候性好:   能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用而不会发生龟裂 。

c,耐热性能:可以在120℃的环境中长期使用,最高使用温度为150℃ 。当温度高于150℃时,乙丙橡胶生胶开始缓慢分解,200℃时硫化胶的物理机械性能亦缓慢地下降。但加入防老化剂可以改善乙丙橡胶的高温使用性能,提高使用温度和高温下使用寿命。


(2)电绝缘性

其具有良好的电绝缘性和耐电晕性,浸水后电气性能变化也很小,特别适于制造电器绝缘制品。


(3)低密度和高填充特性

乙丙橡胶的密度是所有橡胶中最低的,约为860~870㎏/m3,即同体积的乙丙橡胶制的重量较其它橡胶重量轻,且可以大量填充油和填充剂,降低了成本,且对物理机械性能影响不大。


(4)低温性能和冲击弹性

    乙丙橡胶具有较高的弹性,其弹性仅次于天然橡胶。乙丙橡胶具有好的低温性能,在低温下可保持较好的弹性和较小的压缩变形,其最低极限使用温度可达-50℃。


(5) 实用配方例

适用于线束护套的配方体系举例(非充油型):


(6)根据不同的使用环境和设计需要,可以兼顾考虑其他的材料。

发动机舱内线束橡胶件,由于舱内温度、湿度偏大且存在着很多腐蚀性气体和液体,因此一定要选择耐高温、耐油、耐化学介质橡胶件。同时在新车型中,大功率发动机的应用,前舱布局要求紧凑,对线束橡胶件的性能要求越来越苛刻。EPDM橡胶最高使用温度为150℃,目前虽能基本满足要求,但是为了更安全可靠,可以采用硅橡胶(VMQ)。在所用的橡胶中,硅橡胶具有最宽广的工作温度范围(-59.5~316℃)。优异的耐臭氧老化、耐氧老、耐光老化和耐候老化性能;优良的电绝缘性能;优异的耐油、耐燃烧等性能。硅橡胶高温使用寿命见表5。硅橡胶与其他种类橡胶的耐热和耐油性能比较见表6。

 

 

表6 硅橡胶的高温使用寿命

使用温度/

寿命(保持原来伸长率50%时)

使用温度

寿命

-50~100

相当长

205

2~5年

120

10~20年

260

3月~2

150

5~10年

316

1周~2

 

 

 

表7 不同种类橡胶的耐热和耐油性能

 

 

 

3.3线束橡胶件安装使用中的注意事项

线束用橡胶件开口位置大致分为:前舱、四门、地板、顶篷和后背门。其中前舱开孔尽量选择左右两侧,以保证线束走向的连贯性和避让高温区。四门的开孔要确保车身A、B柱的开孔高度高于门钣金的开孔高度,防止水流入室内。


3.4橡胶件常见问题分析

橡胶件常见的问题、原因及解决措施见表8

表8 橡胶件常见的问题、原因及解决措施

序号

问题

原因分析

解决措施

1

橡胶件出现老化、龟裂

材料不合格

壁厚过薄

责令厂家调整材料配方;采用复合硫化体系

适当增加橡胶件的壁厚

2

橡胶件装配后动态干涉

前期没有做动态分析或者分析不充分

结合实车装配情况重新校核,整改。可手工制作几种状态的橡胶件试装后再确认整改方案

3

装配困难

硬度过大;设计装配空间过小

重新定义硬度,配方中减少炭黑的填充量;

增加导向骨架结构,

减小安装阻力

4

密封性不好

卡口的配合尺寸设计不良;位置选择不好,过涂装时过孔被涂抹PVC胶,导致橡胶件与钣金配合不良

更改卡口尺寸,保证卡口与钣金过盈配合,具体过盈值要根据产品公差而定;在过涂装之前将橡胶件的过孔加工艺堵件保护


4线束橡胶件材料未来的发展

日益严峻的能源问题和环境问题;全球持续规范的法规要求;汽车设计原则向轻量化和小型化的转变及设计经济性的提升;导致对车用材料的新要求,同时引导零部件用材的革新。线束橡胶件寻觅到新的突破口,逐渐青睐于热塑性弹性体。

热塑性弹性体简称TPE,是指在常温下显示橡胶状弹性、在高温下能够塑化成型的一类新型高分子材料,是一类介于橡胶和塑料之间的弹性体材料。自上世纪60年代中期问世以来,作为第三代橡胶取得了极为迅猛的发展。TPE最大特点为无需硫化加工,而采用热塑性塑料成型方法加工。如此,可大大缩短成型周期,而且废料可以在利用,有利于节资与节能,保护环境。因此各国都对TPE的开发与应用予以高度重视。TPE热塑性弹性体与通用橡胶的性能对比见表9

表9 TPE热塑性弹性体与通用橡胶EPDM的对比

性能

TPE

EPDM

密度

++

重量降低

++

可染色性

++

成型性

++

可循环性

++

价格(原材料)

++

价格(密封件)

++

+/++

++=very  good   +=good   ○=medium   -=poor


TPE与传统TSR(如EPDM)的加工流程、加工效率对比见表10

表10 TPE和传统TSR的加工流程、加工效率对比

 


热塑性弹性体在现阶段虽然还不能全面取代传统的硫化橡胶材料,但是它的应用近年来已有了长足的进展,特别是动态硫化技术的开发,为其在汽车工业中的应用开拓了广阔的前景。还要指出的是以TPE取代某些传统的橡胶、塑料材料是符合当前汽车工业对控制噪声、降低震动、轻量化、环保以及资源再生等一系列要求的。并且在重量上轻于EPDM,这一点正适合于目前汽车工业提出的轻量化目标。TPE大规模的应用只是时间上问题,我们拭目以待。



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作者:佚名
来源:线束中国