新型環(huán)保XPE空調(diào)風(fēng)管

常秀娟　閆達(dá)　冷棟梁　陳丁猛

摘 要：本文詳細(xì)介紹了新型環(huán)保XPE汽車空調(diào)風(fēng)管的制備方法以及成型工藝，對XPE空調(diào)風(fēng)管與傳統(tǒng)PP風(fēng)管在性能上做了詳細(xì)的比較，XPE空調(diào)風(fēng)管具有輕量化、降噪、隔熱、安裝方便等優(yōu)點，具有較大的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：XPE;空調(diào)風(fēng)管;輕量化

截止到2017年底，我國汽車保有量接近2.2億輛，降低能耗已刻不容緩。國家因此制定發(fā)展規(guī)劃，到2025年，汽車能耗要求從目前的8.6 L/百公里降低到5L/百公里，汽車輕量化是降低能耗最有效果的方法之一。實現(xiàn)輕量化，降低能源消耗成為國內(nèi)汽車行業(yè)的主要研究方向。

XPE是化學(xué)交聯(lián)發(fā)泡聚乙烯，利用發(fā)泡方法降低PE密度，實現(xiàn)輕量化，同時通過交聯(lián)將其力學(xué)性能、耐腐蝕性能、耐環(huán)境壓力開裂性能、耐熱性能等綜合性能得以顯著提高。本文將XPE應(yīng)用在汽車空調(diào)機(jī)通風(fēng)管路上，發(fā)現(xiàn)可以大大改善空調(diào)的性能，在輕量化、隔音降噪、保溫和裝配等方面有著較大的優(yōu)勢，還可以有效去除傳統(tǒng)聚丙烯材質(zhì)通風(fēng)管中的銅等有害物質(zhì)和異味，因此XPE材料替代傳統(tǒng)的聚丙烯塑料在汽車空調(diào)風(fēng)管領(lǐng)域有較大的應(yīng)用潛力。

1 實驗部分

1.1 原料

LDPE，中國石化燕山石化公司，密度：0.923g/cm3，熔體流動速率（MFR）：0.8g/10min;AC發(fā)泡劑，江蘇索普化工股份有限公司，平均粒徑（Dn）≤8μm～10μm;過氧化二異丙苯（DCP）， 阿克蘇諾貝爾;阻燃劑，濟(jì)南晨旭化工有限公司;抗氧劑1010，工業(yè)級;色母粒，寧波色母粒有限公司。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

開煉機(jī)、密煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠;高速混合機(jī)，張家港市華美塑料機(jī)械有限公司;單螺桿擠出機(jī)、發(fā)泡爐、成型機(jī)，自制。

1.3 制備工藝

1.3.1 發(fā)泡工藝

發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、阻燃劑和抗氧劑均為粉末，首先將上述四種粉末分別按照一定比例與LDPE混合后通過密煉機(jī)、開煉機(jī)等設(shè)備，分別制成四種母料顆粒，干燥后備用。將LDPE顆粒（100重量份），發(fā)泡劑母料顆粒（100重量份）、交聯(lián)劑母料顆粒（30重量份）、阻燃劑母料顆粒（10重量份）、抗氧劑母料顆粒（10重量份）和色母顆粒（5重量份）投入高速混合機(jī)，混合均勻后通過喂料系統(tǒng)加入到擠出機(jī)中，擠出機(jī)溫度為110-120℃、模具溫度為120-125℃，經(jīng)擠出壓延制得擠出母片，隨后將母片投入發(fā)泡爐中，發(fā)泡溫度為210-230℃，得到密度為90kg/m3的XPE片材卷材，備用。

1.3.2 吸塑成型工藝

將上述XPE片材裁切成900mm×600mm的片材，通過傳送帶帶入成型機(jī)，成型機(jī)加熱溫度為160℃，滯留時間1-2min，公母模上同時放置XPE片材各1片，加熱后真空吸塑，吸塑結(jié)束后公母模合模成型，將成型片材熱粘合在一起，成型后產(chǎn)品自動脫模，采用高壓水切割裁切掉多余部分，制得最終產(chǎn)品。

1.4 性能測試

密度測試：參照Gb/T6343-2009執(zhí)行;冷凝實驗：測試環(huán)境溫度30℃、濕度80%，將4℃左右的冷風(fēng)從空調(diào)吹入至風(fēng)管，分別在12分鐘、20分鐘后，記錄產(chǎn)品的冷凝情況。試驗過程如圖1所示。噪音測試：參照GB/Z27764-2011測試標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 輕量化

XPE汽車空調(diào)風(fēng)管采用的XPE的密度在90kg/m3左右，僅為PP的1/10。在考慮到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并滿足設(shè)計要求的情況下，XPE空調(diào)風(fēng)管產(chǎn)品厚度選用4mm，而目前常用的PP風(fēng)管厚度為2mm。從表1中可以看出，盡管兩種產(chǎn)品厚度不同，但在風(fēng)管整體重量上，XPE風(fēng)管僅重85g，而PP風(fēng)管重290g，減重70%以上。使用XPE空調(diào)風(fēng)管能夠起到車身輕量化的作用，從而降低油耗、減少排放、減輕環(huán)境壓力的效果。

2.2 隔吸音

泡沫材料憑借其泡孔結(jié)構(gòu)和表面粗糙度，能夠有效地消耗聲能，將聲能高效轉(zhuǎn)換為他形的能量，具有優(yōu)良的隔吸音性能。目前無法對PP風(fēng)管進(jìn)行吸音效果測試，圖2為XPE風(fēng)管的隔聲量與頻率之間的關(guān)系圖。如圖所示，XPE風(fēng)管在不同頻率下均能起到一定的隔音降噪效果，這是由于XPE風(fēng)管內(nèi)表面有大量的泡孔，表面較為粗糙，風(fēng)聲在傳遞的過程中發(fā)生散射現(xiàn)象，駐波能量被阻尼，使出風(fēng)口的噪音降低。隔音量幾乎是隨著頻率增大而增大，在200-1000Hz頻率段，XPE產(chǎn)品的隔音量隨頻率增長緩慢增加，在大于1000Hz頻率段，隔音量則隨之快速增長，分析原因可能是由于低頻噪音具有更大的波長，更易繞過隔音屏障，造成了這種現(xiàn)象。

但是與PP風(fēng)管40dB的隔音效果相比，XPE風(fēng)管的隔音性能還有欠缺，這是因為產(chǎn)品密度對隔音的影響非常大，密度越大，隔音效果越好，XPE較PP密度小，隔音性能不如PP，而XPE的泡孔結(jié)構(gòu)會使吸音效果較PP風(fēng)管要好，因此綜合認(rèn)定，隔吸音性能上，XPE風(fēng)管在可接受范圍內(nèi)。

2.3 保溫

XPE類材料在汽車上的應(yīng)用始于其導(dǎo)熱性能，起初就被廣泛應(yīng)用于隔音隔熱墊等部件。XPE材料的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.037W/m·K，而PP片材的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.26W/m·K，保溫效果明顯。

4℃的冷空氣分別通過XPE產(chǎn)品和PP產(chǎn)品，實驗結(jié)果如表2所示，PP風(fēng)管中心部位空氣溫度為7.1℃，而邊緣空氣為10.5℃，與入口處溫差為3℃左右，邊緣空氣溫差達(dá)6.5℃左右，保溫效果差，風(fēng)管中心溫度也降到了20℃，12分鐘后就出現(xiàn)嚴(yán)重的冷凝，且出口處外部已滴水，如圖3所示。而XPE風(fēng)管入口處與中心出口溫差為2.0℃，與邊緣的溫差為3.5℃，保溫效果好，同時，風(fēng)管中心和邊緣溫度接近，為24.5℃左右，與環(huán)境溫差小，20min后，管外部中心部位和出口處也僅有輕微的冷凝現(xiàn)象。能夠清晰的看出XPE產(chǎn)品管的隔熱及防冷凝效果比PP產(chǎn)品的效果好很多。

2.4 裝配

XPE為軟質(zhì)材料，風(fēng)管在裝配過程中可小幅度彎曲，如圖4所示，安裝靈活，設(shè)計空間大，安裝方便快捷，可以優(yōu)化裝配順序和過程，減少裝配時間。PP風(fēng)管不能彎折，對裝配尺寸和順序要求比較嚴(yán)格。

3 結(jié)論

選用XPE汽車空調(diào)風(fēng)管取代傳統(tǒng)的PP空調(diào)風(fēng)管，不僅可以降低整車質(zhì)量，起到輕量化、減低燃油排放的作用，還具有優(yōu)良的隔熱保溫和隔吸音等優(yōu)點，裝配過程中可小幅度變形，大大節(jié)省了裝配時間。綜上所述，XPE汽車空調(diào)風(fēng)管在汽車行業(yè)中有較大的應(yīng)用潛力。

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