汽车保险杠使用PA/EGMA合金材料的研究

林 博

（华晨汽车工程研究院冲压工艺处，辽宁 沈阳 110141）

汽车保险杠使用PA/EGMA合金材料的研究

林 博

（华晨汽车工程研究院冲压工艺处，辽宁 沈阳 110141）

采用聚乙烯—甲基丙烯酸缩水甘油酯（EGMA）作为增容剂和增韧剂，利用反应增容技术制备了PA6/EGMA的合金。通过试验确定了PA/EGMA合金汽车保险杠新材料的最佳配方，提高合金的综合性能。该合金具有良好的加工性能，较高的抗冲击性能并易于喷涂，是综合性能优良的抗冲击新产品。PA6/EGMA合金表现出非粘弹性高分子材料在高速冲击时仍然具有较高的韧性的特性。

尼龙6；聚乙烯—甲基丙烯酸缩水甘油酯；合金；保险杠；非粘弹性

CLC NO.: U465.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-70-03

前言

20世纪90年代以来，世界汽车工业，特别是中国汽车工业不断发展，汽车产量持续增长[1]。节能、环保、低成本成为当前汽车工业发展的主要目标。塑料应用于汽车工业,主要是为了减轻汽车自重, 从而节约能源, 以及提高汽车的舒适性和安全性。利用部分塑料制品代替昂贵的有色金属和合金材料，不仅可以降低零部件加工工艺、装配与维修的费用，还可以减轻零部件约40%的重量，从而达到节能降耗的目的[2]。随着汽车工业的发展和对新材料更高性能的要求，塑料合金材料已逐渐引起重视。

在汽车零部件中, 保险杠对原材料的要求最为苛刻。保险杠是通过吸收运动产生的能量，使传递到车身的荷载最小化，以降低对车辆的损坏及车内人员的伤害。它需要材料具有超高冲击强度、耐温性好、耐候性好、高流动性、足够的刚性等性能。聚酰胺6(PA6,俗称尼龙6)是目前应用最广泛的一类工程塑料[3]。与其他工程塑料相比，其具有力学强度高、韧性好、耐磨、耐油等优良的综合性能，是一种强韧的塑料，特别是在吸湿状态下，它的抗冲击强度极高[4]。但PA6也存在耐强酸强碱性差、湿态和低温冲击强度低、吸水率大、熔体流动性大等缺陷，大大限制了它的应用范围[5]。多年来人们采用共混、共聚、填充[6]和分子复合等改性手段，来改善和提高PA6的性能，其中共混和增强改性具有投资少、见效快等特点，成为近十多年来发展最为迅速的方法之一。

本研究采用聚乙烯—甲基丙烯酸缩水甘油酯（EGMA）作为尼龙6（PA6）增容剂和增韧剂，通过EGMA不同用量，系统考察了PA6/EGMA共混体系的力学性能，使其在高速冲击时仍然具有较高韧性。

1、实验部分

1.1 主要原料

PA6(中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司，Q/SHSL301-2007)；EGMA（法国阿托，AX8900）；抗氧剂1010（市售）。

1.2 主要仪器及设备

双螺杆挤出机：SHJ-20型，南京杰恩特机电有限公司；注塑机：NG-120A型，无锡格兰机械有限公司；微机万能控制电子实验机：RGL-30A型，深圳瑞格尔仪器有限公司；悬臂梁冲击实验机：GT-7100-MI型，台湾高铁科技股份有限公司；高速落锤式冲击试验机：日本提供；红外光谱仪：IS10型美国Nicolet公司。

1.3 试样制备

将原料在100℃鼓风干燥箱烘干16小时，将PA6与其他助剂按配比均匀混合后，加入双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到的共混合金在，在注射机中注射制成标准试样。

1.4 性能测试

拉伸强度性能测试参照GB/T9341-2000进行。缺口冲击性能测试参照GB/T1043-79进行。洛氏硬度测试参照GB/T531-1997进行，用XHR-150型塑料洛氏硬度计测量试样的洛氏硬度，标尺HRL，压头直径6.35 mm，总试验力588.4 N。将1gPA6合金在50mL左右的二甲苯加热回流，将沉淀物用丙酮反复洗涤，过滤，在90℃鼓风烘箱中干燥10小时后，压成薄膜，放入红外光谱仪中测试。使用外层直径50mm、厚度2mm、高度150mm的圆筒状样品，在高速落锤冲击试验机落锤193kg，高度0.5m，冲击速度11.3kg/ h，冲击能945J下进行的。

2、结果与讨论

2.1 PA6合金的力学性能测试

图1为PA6合金体系的缺口冲击强度与EGMA用量的关系。从图1可以看出当PA6与EGMA质量分数配比为70:30时，共混体系的缺口冲击强度大为提高，并且随着EGMA含量的增加，其缺口冲击强度呈明显的上升趋势，共混体系得到了较好的韧性[7]。这是由于EGMA含有较高反应活性的环氧基团与PA6末端氨基发生化学反应，提高两相界面的结合力，明显改善了共混合金的相容性，提高了PA6合金共混体系的缺口冲击强度。

图2给出EGMA含量对PA6/EGMA合金拉伸性能曲线。由图可以看出，PA6合金体系随着拉伸速度的增加，体系弹性模量下降，断裂伸长率提高。这是由于EGMA在合金体系中起到增韧剂的作用，而随着EGMA含量的增多，分散相与基体的界面粘接作用增强，共混体系的拉伸力学性能受到了明显影响。

图3给出PA6/EGMA共混物试样在高速落锤冲击试验中形态的变化过程。（a）是PA6试样在试验机落锤过程时的变化，当落锤稍微加力接触到试样时即破坏，最后完全粉碎，说明PA6表现出一般弹性体性质，即低冲击显韧性而高冲击显脆性；（b）图所示，PA6/EGMA合金体在整个试验过程中完全无裂损，表现出非粘弹性高分子材料特性，即高速冲击时仍然具有较高的韧性。

2.2 共混物红外光谱法定性分析

由图4给出了共混物的红外光谱图。可以看出谱线A与谱线C基本相同，这说明PA6/EGMA简单的机械共混对PA6的改性效果不是很明显。谱线A与谱线C相比峰值在1600cm-1附近和2 800 cm- 1附近出现了明显的PA6特征吸收峰，这表明通过EGMA增容剂的环氧基团与PA6分子上的端氨基发生化学反应，形成了接枝聚合物。

3、结论

在PA6合金共混体系中，随着EGMA加入量的增加，共混体系的抗拉强度随着EGMA含量的增加而减小。

在PA6合金体系中加入质量分数为30%的EGMA时，PA6合金的冲击强度提高了5倍，断裂伸长率提高了3倍左右，增韧剂的加入使得共混体系的韧性得到了很好的改善。

当PA6与EGMA配比为70:30时，在高速落锤冲击试验过程中完全无破损，表现出非粘弹性高分子材料在高速冲击时仍然具有较高的韧性的特性。

在高速落锤冲击试验中，落锤自由落下冲击时的形变可以来评价保险杠的作用—高冲击能吸收部件。

[1] 钟明强.聚丙烯汽车保险杠材料的研究、开发和进展[J]. 汽车工艺与材料, 2007, 12(2):53-55.

[2] 刘涛，张薇等.成功合作开发汽车保险杠专用料[J]. 中国石化,2008,12(4):35.

[3] 杨林.增容技术在尼龙合金中的应用及研究进展[J]. 工程塑料应用, 2005, 33(6): 73-75.

[4] Li Xingtian，Shao Jiamin. Twin-screw reactive extrusion process for nylon 6[J]. Huaxue Gongye Yu

[5] Gongcheng Jishu, 2000, 21(5): 16-17.

[6] 宋国君，殷兰兰，李培耀.尼龙6共混增韧改性的研究[J]. 塑料,2004, 33(6): 66-70.

[7] 宋波，黄锐等.马来酸酐接枝POE对PA6/纳米CaCO3复合材料性能的影响[J]. 中国塑料,2004,18(1):30-33.

[8] 徐娜，唐凯，李军. PA6/PP/SEBS-g-MAH共混物的相容性研究[J].工程塑料应用, 2006, 34(9): 49-52.

Research on Automobile Bumper using the PA6 /EGMA Alloy Materials

Lin Bo
(Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Press Process Section,Liaoning Shenyang 110141)

The PA6/EGMA alloy was prepared using EGMA as compatibilizer and toughener in a reactive extrusion process. The optimum processing parameter and formulation for the PA6/EGMA alloy of Car Bumper new materials were determine, blends of the alloy could be improved. The alloy had a good process ability, higher impact resistance and spray-paint easily, being a new product excellent comprehensive performance impact. The PA6/EGMA alloy Show the non-viscoelastic polymer materials in high speed impact still has higher toughness properties.

PA6; EGMA; alloy; compatibilize; bumper; non-viscoelastic

U465.4

A

1671-7988(2015)01-70-03

林博，就职于华晨汽车工程研究院冲压工艺处。