线束橡胶件的系统选型设计方法

2020年10月15日 评论 399 3496字

汽车线束过孔时一般运用橡胶件进行过渡,以起到耐磨、防水、密封等作用。主要分布在以下部位:发动机与驾驶室接口处、前舱与驾驶室接口处(左右共2处)、四门(或有后背门)与车厢接口处、油箱进口处。

1线束橡胶件的材质及特点

橡胶件常用的材质一般为天然橡胶、氯丁胶、硅橡胶、三元乙丙等。

天然橡胶的特性:具有良好的弹性和机械强度,有优异的耐曲挠性,有较高的撕裂强度和良好的耐寒性。缺点:耐老化性不大好,不耐油和臭氧,易燃。

氯丁胶的特性:耐臭氧、耐热老化、耐油等性能较好,具有难燃性和自熄性;但耐低温性不好。

硅橡胶的特性:耐热性、耐寒性和耐侯性较好;缺点是不耐油。

三元乙丙特性:耐侯性、耐臭氧、耐热、耐腐蚀性、耐酸碱等性能都较好,而且拥有高强度和高伸缩率;缺点:粘接性较差,且弹性没天然橡胶好,耐油性差。

三元乙丙的综合性能较好,所以现在汽车线束用橡胶件一般选用三元乙丙材料,其优势主要体现在:

(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℃。

值得注意的是,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下表:

表 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年
150 5~10年 316 1周~2月

 

2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)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)。

线束橡胶件的系统选型设计方法

图一:单孔固定无导向结构A21右前舱线束过孔橡胶件)

线束橡胶件的系统选型设计方法

图二:双孔固定带导向结构S21左前门线束过孔橡胶件)

线束橡胶件的系统选型设计方法

注:1--橡胶护套;2--塑料支架导向结构)

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

3)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。

3汽车橡胶件的性能要求

汽车橡胶件的性能要求见下表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minMPa 10 GB/T528
断裂伸长率min% 400
510 邵氏硬度(HA) 50±5
拉伸强度minMPa 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minKN/m 20 GB/T529
耐污染性 无污染 /

4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。

5橡胶件常见问题分析

橡胶件常见的问题、原因及解决措施见下表:

序序号 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

 

6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下表:

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) ++ +/++

++为verygood     +为good     ○为medium  -为poor

TPE与传统TSR(如EPDM)的加工流程、加工效率对比见下图:

线束橡胶件的系统选型设计方法

图:TPE与EPDM加工流程、加工效率对比图

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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