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汽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
|
良
|
优+
|
优
|
优
|
优
|
优
|
优
|
良
|
|
（NR）
|
|||||||||||
|
丁苯橡胶
|
6.89-24.12
|
100-700
|
-150
|
良
|
良
|
中
|
良
|
优
|
良
|
良
|
良
|
|
（SBR）
|
|||||||||||
|
氯丁橡胶
|
6.89-27.56
|
100-700
|
-180
|
良
|
优
|
良
|
良
|
优
|
良
|
良
|
良
|
|
（CR）
|
|||||||||||
|
丁腈橡胶
|
6.89-27.56
|
100-600
|
-170
|
良
|
良
|
差
|
良
|
优
|
良
|
优
|
良
|
|
（NBR）
|
|||||||||||
|
乙丙橡胶
|
6.89-20.67
|
100-300
|
-210
|
中
|
良
|
优
|
差
|
良
|
良
|
优
|
优
|
|
（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年
|
|
150
|
5～10年
|
316
|
1周～2月
|
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。
