国内汽车用PC/ABS合金的研究进展

2017-05-30蒋艳云尧永春徐伟

企业科技与发展 2017年5期

关键词：展望

蒋艳云尧永春徐伟

【摘要】PC/ABS合金因其优异的耐热表现、刚韧兼济的物理特性和良好的表面装饰性而广泛应用于汽车的内外饰上，文章介绍了近些年来，国内汽车领域用PC/ABS在耐光照、耐热、表面外观、电镀性能、散发性能的研究进展，并对国内汽车用PC/ABS的发展方向进行了展望。

【关键词】PC/ABS合金；汽车应用；展望

【中图分类号】U465 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）05-0088-03

0 前言

随着汽车工业的快速发展，改性塑料大放异彩，其中PC/ABS更是因其优异的耐热表现、刚韧兼济的物理特性和良好的表面装饰性，在汽车内外饰上得到了广泛的应用。

其中，利用PC/ABS材料的尺寸稳定性和刚性，它经常被作为仪表板骨架、牌照装饰板、扰流板等部件的选材；利用其电镀性能，它又能够加工成门把手、格栅、电镀饰条等零件；此外，基于该材料的耐热性能，它也成为中控面板、装饰面板等高耐热要求部件的不二之选。

然而近些年来，一些大型跨国企业正将其塑料业务剥离或出售，将重心转移到利润率更高的行业，塑料工业的技术研究和制造中心正在由欧美转移到东亚，特别是中国，因此笔者认为有必要就国内近些年来在改性塑料领域的发展进行研究和讨论。

本文对国内汽车用PC/ABS材料的研究进行了相关总结和展望，根据近几年汽车选材上的关注点及此材料的发展方向，主要围绕耐光照、耐热、表面外观、电镀性能、散发性能等方面展开研究和讨论。

1 PC/ABS合金耐光老化性能的研究

对于车用材料来说，耐光照老化能力是一项关键的性能评价。而在光照过程中，虽然紫外光波所占比例较低，但由于能量较高，对分子链段的破坏力不容小觑。因此，对材料进行耐紫外光照老化的研究，以期提升材料的耐光老化性能，是众多相关企业和研究院所的重点工作。

紫外光照射过程中，PC/ABS材料发生了变化：PC材料的主链上将发生Fries重排，由对位结构变为更易显色的间位结构。ABS组分中丁二烯的双键受到破坏，产生羰基、羟基等含氧基团，同时带来力学性能的降低。李佳荣等人[1]的研究发现，在未添加紫外助剂的情况下，辐照100 h，PC/ABS合金的拉伸强度由58.68 MPa降低至49.72 MPa，拉伸断裂伸长率则由11.65%降低至3.3%。为改善材料的耐光老化性能，研究者在材料中加入了石墨烯，利用其具有长的大π键结构，可与含氧自由基发生作用，起到捕捉自由基的效果，且与聚合物所形成的纳米共混物中，其独特的单原子层状结构可有效地阻隔氧分子进入聚合物本体，降低聚合物老化过程中生成过氧自由基的概率，使PC/ABS合金在紫外光辐照下的老化过程受到抑制，且这种抑制作用随着石墨烯含量的增加而增强。引入1%的石墨烯，即可使共混物发生由韧至脆的转变所经历的辐照时间由100 h延长到200 h。

2 PC/ABS合金耐热性能的研究

对于汽车内饰仪表板腰线以上区域而言，在夏日阳光的暴晒下，最高温度可达100 ℃以上，如果在此区域采用普通耐热的ABS材料，会存在严重的变形失效风险。而如果选用高耐热的ABS材料，由于热稳定剂的加入，冲击性能和流动性下降较为严重。同时，高耐热的ABS材料与PC/ABS合金相比，成本上的优势并不明显。因此，PC/ABS合金被广泛应用于内饰耐热要求较高的零件。PC/ABS合金的耐热性与抗氧剂、相溶剂、AS的含量及PC比例有关。

周宇等人[2]研究了耐热氧老化改性助剂UV-234对PC/ABS合金的热氧老化性能的影响后发现，在热老氧老化初期，UV-234可有效抑制材料中自由基的生成，阻止合金的老化断链及极性发色基团的生成，改善了合金的耐热氧老化性能；而在热氧老化后期，UV-234自身发生变化，生成了大量的苯醌结构，加速了合金热氧老化。相溶剂的加入，一方面可弱化两相界面的张力，另一方面苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯结构的三元共聚物（SAG）的相溶剂还可与PC发生反应，提高PC與ABS的界面结合力，使分散相分子链在受到外力作用时的变形、滑移更为困难，从而使合金的耐热温度得到提高[3]。

PC/ABS合金中刚性基团含量的增加，有利于提高合金的耐热性能。PC分子链空间位阻大，刚性强，受热时分子链运动困难，玻璃化转变温度较高，因此具有优异的耐热性，通过调节，PC可以直接改变PC/ABS合金的热变形温度。当PC含量从70%提高到85%时，耐热温度提高了13.3%[4]。余鹏等人[5]研究了AS含量对PC/ABS合金的热变形温度的影响，当AS含量从16.3%增加至21.3%时，PC/ABS合金的热变形温度从117 ℃提高至128 ℃，表现出了优良的耐热性能。

3 PC/ABS合金光泽度的研究

近年来，高光黑钢琴烤漆效果或亚光的内外饰已成为汽车内外饰的流行趋势，人们对高光泽塑料产品的要求主要集中在感知质量好、质轻等特点，对于亚光塑料产品主要体现在低调、不影响驾驶员视线的方面。在环保和成本两大因素的推动下，将树脂直接注塑成高光效果或亚光效果的零件已成为近年来的研究热点。零件表面的光泽度与材料、模具、注塑工艺密切相关。

3.1 PC/ABS材料本身的影响[6]

（1）ABS材料的影响。ABS材料的光泽性与橡胶粒径的大小有关，橡胶粒径越小，光泽度越高。本体法ABS由3种单体经反应釜直接生产，橡胶粒径相对较大，为0.6～1μm，橡胶含量低；乳液法ABS由两步聚合而成，橡胶粒径较小，为0.1～0.4μm，橡胶含量可调。由于乳液法ABS橡胶粒径小，所以表面光泽度较高。

（2）相溶剂种类的影响。相溶剂PTW能在PC/ABS合金中部分反应，改变PC/ABS合金光泽，使其呈现消光效果。而相溶剂MBS为核壳结构的增韧剂，丙烯酸酯类的壳体成分能与PC、ABS很好地相容，不影响PC/ABS的光泽度。

3.2 模具和工艺的影响

对于光泽度要求较高的零件，模具的高光直接影响产品的光泽度，同时通过调整零件的注塑工艺，可更好地复制模具的光泽度。胡建建等人[7]的研究表明：随着注塑温度的升高，产品的60°光泽度越高，当温度超过280 ℃之后，材料几乎可以完全复制模具的表面，光泽度变化不大；模具温度越高，材料的冷却速率越慢，复制模具表面越精细；射胶速率和射胶压力越大，剪切越强，材料的黏度越低，流动性越好，越能复制模具；保压时间越长，光泽度越大，16 s后，光泽度不变。

3.3 耐刮擦剂的影响

对于免喷涂的PC/ABS合金而言，限制其使用的一个主要原因是零件表面的硬度相比喷漆件而言会逊色一些。一般改性后的PC/ABS合金，铅笔硬度只能达到HB级，从而导致零件的耐刮擦性下降。为了提高免喷涂高光PC/ABS的产品耐刮擦性，贺丽丽等人[8]研究了丙烯酸酯类和硅油类耐刮擦剂对高光PC/ABS合金的耐刮擦性能、光泽和韧性的影响。结果表明，丙烯酸酯类耐刮擦剂可明显提高高光PC/ABS合金的耐刮擦性能，但会降低高光PC/ABS合金的光泽度和韧性。综合考虑耐刮擦性能、光泽度和韧性，丙烯酸类耐刮擦剂的质量分数为10%时最佳；硅油类耐刮擦剂对高光PC/ABS合金耐刮擦性提高不明显，同时还会降低高光PC/ABS的韧性和光泽度，不适合用于高光PC/ABS合金。陈振嘉等人[9]通过在PC/ABS合金中添加TiO2来提高产品的表面的硬度，同时发现，当添加量为5%时，可使材料的表面擦伤硬度达到H级，同时还可保持较好的光泽度和力学性能。

4 PC/ABS合金电镀性能的研究

PC/ABS可电镀性与ABS的电镀原理一致，都是通过粗化液刻蚀ABS中的橡胶组分，再于基体上进行化学镀和后续电镀来实现的。由于粗化液无法刻蚀PC相，当PC含量过高、橡胶含量过低、橡胶颗粒过大或橡胶的分子量过大时，都会影响PC/ABS零部件的电镀合格率和镀层附着力。李强等人[10]对PC含量、橡胶含量、橡胶粒径对其电镀粗化质量和镀层剥离强度的影响进行了研究，结果表明，橡胶含量为12%、PC含量为50%时，添加粒径为400 nm的大粒径橡胶粗化质量较好，镀层结合力可达到9.5 N/cm。PC含量为65%时，通过SEM分析发现，基材表面刻蚀得到的“铆和点”数量明显减少，造成粗化不足，电镀后样品表面出现了漏镀现象。

周中玉等人[11]研究了注塑工艺对PC/ABS合金粗化性能和镀层结合力的影响。实验结果表明：注塑工艺对PC/ABS合金的粗化性能和镀层结合力影响较大，采用过低的注塑温度会造成材料流动性不足（对PC/ABS一般建议注塑温度为240～270 ℃），从而使得注塑件存在较大的内应力。在材料粗化过程中内应力会得到释放，进而造成样板的刻蚀不均，导致产品与电镀层的结合力降低。此外，注塑压力和速度过高及模具温度过低也都会降低PC/ABS合金的粗化性能和镀层结合力。

5 低VOC环保PC/ABS材料的研究

随着人们健康意识的加强，车内空气质量的关注度持续升高，车内空气质量问题已成为汽车四大质量问题之一。各大主机厂也纷纷响应国家的号召，从零件的源头——材料开始管控。PC/ABS作为内饰重要的材料，也需要达到国家法律法规的要求。申娟[12]等人对PC、ABS、POE及抗氧化剂对PC/ABS合金的VOC的影响进行研究。使用酯交换法和光气界面缩聚法合成的PC的VOC和气味等级差异性很大，其中酯交换法生产的PC存在较多小分子，导致气味等级较高，而光气法得到的PC的力学性能较好且VOC的性能也会好很多；此外，ABS分为本体法和乳液法，电镀的ABS需要采用乳液法，而乳液法的气味问题也是一直困扰行业的难题。ABS的VOC含量和氣味等级是由其中的胶含量决定的，胶含量较高时，橡胶乳化剂含量较高，同时材料耐热性能相对较差，加工过程中易导致分解而产生小分子气体。

李强等人[13]通过气相色谱-质谱（GC-MS）研究了PC/ABS合金在不同温度下的散发性情况，并且对丙烯腈、苯乙烯、乙苯等散发性物质和总碳含量（TVOC）的有关情况进行了分析。由温度-散发性物质浓度曲线发现，PC/ABS合金的总碳和各项散发性物质的散发量随温度升高而呈幂指数增长；并且通过温度-散发性物质浓度的二阶导数曲线可以看出，温度-散发性物质浓度的二阶导数曲线（即散发性物质散发速度的变化率）在80～90 ℃存在极大值；表明当温度高于极大值对应的温度时，挥发性有机物的散发量将大幅度增加。

6 展望

PC/ABS合金因其优异的耐热性和刚性，在汽车内外饰上有着广泛的应用。随着人们环保意识的加强，高光免喷涂和低VOC的PC/ABS合金将是未来研究的重点。同时，随着PC材料的加速国产化和国内对这一材料的持续关注与研究，相信不久的将来，中国将成为PC/ABS材料的研究和生产中心。

参考文献

[1]李佳荣，丁艳云，陈复.石墨烯对ABS/PC共混物耐紫外光辐照性能的影响[J].高分子材料科学与工程，2016，

32（6）：38-42.

[2]周于，曹建伟.UV-234对PC/ABS合金耐热氧老化性能的影响[J].塑料工业，2016，44（1）：36-39.

[3]段浩，汤俊杰，苏吉英.苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯对PC/ABS性能的影响[J].上海塑料，2015

（1）：59-62.

[4]汪克风，吕振亚.高耐热无卤阻燃PC/ABS合金的研究[J].塑料工业，2016，44（2）：58-60.

[5]余鹏，柴国丰，郝源增，等.高性能PC/ABS合金的制备及性能研究[J].合成技术及应用，2008，23（4）：44-

46.

[6]周国剑，李耐刚，秦学涛，等.影响汽车内饰用PC/ABS合金光泽度因素的研究[C].第三届中国汽车工程学会汽车非金属材料分会论文集，2008.