概要：汽車輕量化已成為世界汽車技術發展的趨勢，熱塑性彈性體作為汽車輕量化的關鍵材料，在汽車領域具有很好的應用前景。文章通過詳細介紹苯乙烯類、聚烯烴類、聚氨酯類、聚酯類等熱塑性彈性體的性能及在汽車零部件領域的應用等，體現了熱塑性彈性體對汽車輕量化的積極促進作用，并指出了熱塑性彈性體的未來發展方向。

1.汽車輕量化

隨著人們對汽車的動力性、舒適性、多功能性等配置要求越來越高，汽車承載的裝備也隨之增加，導致汽車重量及油耗不斷上升。目前，世界多個國家和地區對汽車的二氧化碳排放量進行了嚴格限制；我國頒布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》中要求，到2020年乘用車平均燃料消耗量降至5.0L/百公里，節能型乘用車燃料消耗量降至4.5L/百公里以下。近年來，減少汽車燃油用量已成為改善全球氣候問題的重要組成部分，汽車輕量化迫在眉睫。

汽車輕量化是在滿足汽車使用要求、安全性能和成本控制的前提下，將結構輕量化設計及制造技術與多種輕量化材料應用集成，實現汽車整備質量減重。實驗數據表明：當汽車的整備質量降低10%，可使燃油效率提高6%-8%；整車每減少100kg，可使百公里油耗降低0.3~0.6L，CO2排放減少5.0g/公里。此外，由于汽車碰撞時的沖擊能量與汽車質量成正比，同等條件下汽車越輕則碰撞時的沖擊能量、乘員所受的沖擊加速度和車身結構的變形就越小，對乘員安全的保護性能越高。因此，汽車輕量化由于可減少燃料消耗、降低排氣污染、保護乘員安全，已成為世界汽車技術發展的趨勢。其中，熱塑性彈性體作為汽車輕量化的關鍵材料，在汽車領域具有很好的應用前景。

2.熱塑性彈性體

根據彈性體是否可塑化，將彈性體分為熱固性和熱塑性兩類。熱固性彈性體即傳統意義的橡膠；熱塑性彈性體（TPE）兼具塑料的可塑性和橡膠的彈性，是最近發展較快的一種新型高分子材料。熱塑性彈性體可回收利用、機械性能好、加工便捷、耐候性及耐老化性優異，按化學組成可分為苯乙烯類、聚烯烴類、聚氨酯類、聚酯類、聚酰胺類等。

近年來，采用共混、填充、增容、共交聯、嵌段共聚、化學接枝、互穿聚合物網絡等合成與加工改性技術，既可保持聚合物本身的優點又可利用復合效應改善某些原有缺陷，材料的綜合性能得到大幅提高，為開發更多的TPE產品奠定了良好基礎。例如：環氧化天然橡膠/聚氯乙烯/蒙脫土共混型TPE材料可提升拉伸強度及邵氏硬度；將炭黑、納米氧化硅和微米氧化鈣添加入聚醚二醇/聚苯乙烯/丁苯橡膠TPE材料，可起到明顯的補強作用；采用動態硫化法制備的聚氨酯/硅橡膠聚烯烴合金熱塑性彈性體，相比簡單二元共混體系可將拉伸強度提高10倍；將雙（γ-三甲氧基甲硅烷丙基）胺接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作為增容劑后，可提高聚氨酯/硅橡膠過氧化物硫化的TPE復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率；采用多功能復合改性劑YY-503，可顯著改善PP/SEBS復合材料的MFR和表面光澤度；以天然橡膠和甲基丙烯酸甲酯為主要原材料制備的NR/PMMA互穿網絡共混物，隨著硫化劑過氧化二異丙苯和雙烯交聯劑用量的增大，可提高NR/PMMA共混物的拉伸強度和撕裂強度。

3.車用熱塑性彈性體

汽車零部件采用TPE材料不僅可以減少重量、提高零部件性能及整車回收利用率，還能改善外觀，自20世紀90年代以來，TPE在汽車領域的用量增長很快并逐步取代了傳統橡膠材料。汽車輕量化及全球范圍內汽車燃油經濟性標準的愈發嚴格，是推動全球TPE需求量增長的主要因素。相關機構預測，未來5年內TPE將有平均5.5%的綜合增長率，而作為全球最大TPE市場的亞太地區在2022年價值有望達到78.2億美元。

3.1苯乙烯類熱塑性彈性體

苯乙烯類熱塑性彈性體（TPS）是TPE的鼻祖，其硬端由苯乙烯類組成，軟端由聚丁二烯等組成，是目前世界上產量最大、發展最快的一種熱塑性彈性體。TPS的最初產品被稱為SBS（聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物），是在常溫下表觀性狀最接近于橡膠的TPE材料。TPS具有優異的耐摩擦和抗疲勞性能、良好的拉伸強度和彈性且價格低廉，經飽和加氫所制成的TPS-SEBS等具有優異的耐臭氧、耐氧化、耐紫外線和戶外耐候性能。由于在非動態用途方面可與乙丙橡膠媲美，該類熱塑性彈性體可用于密封條、裝飾條、制動手柄、換檔手柄手球等汽車部件。

3.2熱塑性聚烯烴彈性體

熱塑性聚烯烴彈性體由橡膠和聚烯烴構成，橡膠組分為三元乙丙橡膠、丁腈橡膠和丁基橡膠，聚烯烴組分主要為聚丙烯和聚乙烯；聚丙烯-乙丙橡膠的配比一般為（5-60）/100，最好為（20-35）/100。動態部分硫化熱塑性聚烯烴彈性體（TPV）是三元乙丙無規共聚物與聚烯烴樹脂加入硫化劑（有機過氧化物或與硫黃硫化體系并用）后，于密煉機中共混并借助硫化劑部分交聯而得。TPV的相態結構是由橡膠和聚烯烴兩相分離的共混物，且共混物的性能會隨著相態變化而發生改變，當橡膠為連續相時TPV性能類似硫化膠，當樹脂為連續相時則性能類似塑料。使用TPV材料后則無需硫化階段，可使用更簡單的加工設備以降低能耗，還可減少后續的去除毛邊工序，從而縮短制造周期。

TPO/TPV具有耐磨、耐候、耐撕裂、耐沖擊、耐臭氧、耐紫外、耐酸堿等優異性能，最大應用領域為汽車配件制造行業，其中用量最多的有EPDM/PP和NBR/PP兩類。可以通過注射、擠出、熱成型、吹塑成型、壓延機加工等多種手段，將TPO/TPV制造成形狀復雜的制品；也可根據需要添加各種顏料，將成品調成不同顏色；還可加入抗氧劑、軟化劑、填充劑等配合劑，改善TPO/TPV的加工性能和使用性能并降低成本。

隨著汽車向高性能、長壽及輕量化發展，汽車部件采用TPO/TPV取代傳統熱固性硫化膠的速度越來越快，功能化開發進一步拓展了TPO/TPV在汽車領域的應用范圍。汽車外飾件系統中，可將TPO/TPV應用于保險杠、車身外板、車輪護罩、擋泥板、車門檻板、散熱器格柵、車牌照板、車側鑲條等；汽車內飾件系統中，TPO/TPV主要用于儀表板、扶手、內飾板蒙皮、安全氣囊外皮等；汽車密封系統中，TPO/TPV的應用包括雨刮條、玻璃導槽、大燈密封圈、擋風玻璃密封條、三角窗密封條、油箱蓋密封圈等；汽車發動機系統中，TPO/TPV可用于空氣導管、電氣接線套、燃料管防護罩等；此外，TPO/TPV還可在底盤及轉向系統用于等速萬向節保護罩、軸架懸置防護罩、齒條和小齒輪防護罩等。

3.3聚氨酯類熱塑性彈性體

聚氨酯類熱塑性彈性體（TPU）是由異氰酸酯、聚醚（或聚酯）大分子多元醇與小分子擴鏈劑構成的嵌段共聚體；一般由異氰酸酯及擴鏈劑構成硬段，由低聚物多元醇柔性長鏈構成軟段，硬段和軟段交替排列形成重復結構單元。除了含有氨酯基團以外，TPU分子內及分子間可形成氫鍵，硬段和軟段可形成微相區并產生微觀相分離，獨特的分子結構使TPU成了一種既保持橡膠高彈性又具有塑料的高硬度和高強度的高分子合成材料。卓越的耐磨性使TPU獲得了“耐磨橡膠之王”的美譽，TPU還具有隔音、耐油、耐水、耐溶劑、耐屈撓、耐老化、機械強度高、濾震性好、黏接力強、硬度范圍廣等優異性能，但耐熱性和耐壓縮性較差，外觀易變黃且易粘模具。通過采用不同種類的固化劑、多元醇和擴鏈劑等原料，可以合成出性能各異的多種TPU產品。相關機構預測，由歐洲、亞太和美國主導的全球TPU市場到2020年價值有望超過730億美元。

汽車塑料件的發展趨勢是不斷推出高性價比且可回收再生的材料，促進了TPU廣泛應用于汽車的多種部件，包括輪胎、座椅、地墊、頭枕、門板、氣囊、軸套、儀表盤、遮陽板、減震墊、換檔拉桿手柄手球、隔音降噪及密封材料等；采用玻璃纖維增強的增強型聚氨酯彈性體，可顯著提高材料的剛性和沖擊性，用于制作汽車保險杠等大型部件。

3.4聚酯類熱塑性彈性體

聚酯類熱塑性彈性體（TPEE）屬于線型嵌段共聚物，除了具有硫化橡膠所特有的性能外，還兼具熱塑性塑料的加工特性。由于TPEE的模量比相同硬度的其他熱塑性彈性體要高，當以模量為重要的設計條件時，采用TPEE材料可縮小制品的橫截面積以減少材料用量；通過改變軟硬段比例，可調節TPEE的硬度范圍；TPEE的耐熱性能優異，且硬度越高耐熱性越好，在140℃連續加熱10h基本不失重，180℃高溫下加熱10h失重僅為0.1％；TPEE的耐寒性能也很出色，且硬度越低耐寒性越好，可在-40℃的低溫下長期保持性能不變。此外，TPEE的機械強度高且耐疲勞、耐油、耐耗、耐化學介質等性能優異，但耐熱水性較差。在汽車零部件領域，TPEE常用于油管、門鎖、密封圈、前照燈、進氣軟管、安全氣囊、齒輪齒帶、安全帶部件、轉向節防塵罩、門把手密封環、衛星天線卡箍等。

4.存在的問題

雖然熱塑性彈性體具有無毒、環保、易回收、質感柔軟、硬度可調、著色便捷、物理化學性能好、適應多種加工工藝等顯著優勢，但在實際應用過程中，TPE材料也存在一些不足之處：（1）物理性能會隨溫度上升而下降，塑性形變增大；（2）當纏結點不足或纏結點不是結晶相時，耐溶劑性較差；（3）某些TPE材料在加工前需要進行干燥處理；（4）制品價格較高。基于熱塑性彈性體的以上缺陷，相關技術人員仍在不斷研發及改進。

5.熱塑性彈性體前景展望

隨著我國對環境保護越來越重視，橡膠材料污染大、難回收、加工過程能耗高，勢必將被無污染且易回收的材料所替代。目前，熱塑性彈性體已取代部分天然橡膠、合成橡膠及塑料，為汽車各部件制造提供了重要的材料支撐，大力促進了汽車輕量化的發展進程。近年來，TPS，TPV，TPU等熱塑性彈性體的國產化進程正在加快，國產TPE材料用量比例逐漸增大，車用熱塑性彈性體的需求量也持續上升。采用澆注型TPU制造的輪胎相比于普通橡膠而言滾動阻力低，可減少汽車的燃油消耗；使用壽命長，可減少輪胎的使用數量和翻新次數；生產過程中可減少炭黑和芳烴油的使用量，使用過程中不會產生污染環境的廢塵和廢料，還可實現生物降解提高回收利用率。汽車密封條和進氣軟管等以前主要使用EPDM材料，近幾年很多已被TPV取代。

6.結語

然而，現有TPE材料的某些性能無法達到汽車零部件實際應用中的高要求，如耐熱性、耐壓縮性、耐久性等，這激勵了全球技術人員對TPE材料的功能性研究持續活躍，新品種TPE及其復合材料不斷涌現并應用于各領域。從合成技術和加工工藝方面考慮，TPE材料的未來發展方向包括：（1）研究對TPE進行化學交聯改性的新方法。（2）開發不同材質TPE材料的復合成型技術。（3）將納米技術與TPE材料應用相結合。（4）開發可回收再利用的新型TPE材料等。隨著輕量化材料的不斷開發及改進，熱塑性彈性體在汽車領域的使用將進一步降低系統成本、提高部件性能、減輕整備質量等，為汽車輕量化營造輝煌未來。